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Title:
METHOD FOR CALIBRATING A PROCESSING MACHINE, AND PROCESSING MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/197138
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method for calibrating a processing machine for producing three-dimensional components by irradiating powder layers, wherein the processing machine has a scanner device for positioning a laser beam in a processing field, in which a height-adjustable construction platform for applying the powder layers is positioned. The invention also relates to an associated processing machine for producing three-dimensional components.

Inventors:
PIEGER, Markus (Blätscherstrasse 6, Wendlingen, 73240, DE)
SCHAAL, Frederik (Burgstrasse 29, Fellbach, 70734, DE)
ALLENBERG-RABE, Matthias (Lengefeldweg 3, Stuttgart, 70499, DE)
BLICKLE, Valentin (Rotenbergstrasse 27, Stuttgart, 70190, DE)
GRONLE, Marc (Rotkäppchenweg 13, Stuttgart, 70567, DE)
Application Number:
EP2019/057242
Publication Date:
October 17, 2019
Filing Date:
March 22, 2019
Export Citation:
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Assignee:
TRUMPF LASER- UND SYSTEMTECHNIK GMBH (Johann-Maus-Strasse 2, Ditzingen, 71254, DE)
International Classes:
B22F3/105; B29C64/153; B29C64/268; B29C64/386; B29C64/393; B33Y30/00; B33Y40/00; B33Y50/02; G05B19/401
Domestic Patent References:
WO2009026520A12009-02-26
WO2015040185A12015-03-26
Foreign References:
US4621926A1986-11-11
EP3162542A12017-05-03
EP1048441A12000-11-02
US5085509A1992-02-04
EP0734842A11996-10-02
EP1048441A12000-11-02
DE102016222186B32018-04-12
Attorney, Agent or Firm:
KOHLER SCHMID MÖBUS PATENTANWÄLTE PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT MBB (Gropiusplatz 10, Stuttgart, 70563, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Kalibrieren einer Bearbeitungsmaschine (1 ) zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen durch Bestrahlen von Pulverschichten, wobei die

Bearbeitungsmaschine (1 ) eine Scannereinrichtung (11 ) zur Positionierung eines Laserstrahls (6) in einem Bearbeitungsfeld (13) aufweist, in dem eine

höhenverstellbare Bauplattform (2) zum Aufbringen der Pulverschichten positioniert ist,

umfassend:

Überfahren von mindestens zwei, bevorzugt von mindestens drei Markierungen (19a-c), insbesondere in Form von Retroreflektoren, die an der Bauplattform (2) und/oder an einer an der Bauplattform (2) fixierten Preform (3) angebracht sind, mittels des Laserstrahls (6),

Detektieren von Laserstrahlung (20), die beim Überfahren der mindestens zwei Markierungen (19a-c) in die Scannereinrichtung (11 ) zurück reflektiert wird, Ermitteln von Ist-Positionen (XPI , YPI , XP2, YP2, XP3, YP3) der Markierungen (19a- c) anhand der detektierten Laserstrahlung (20),

Ermitteln von Abweichungen der Ist-Positionen (XPI , YPI , XP2, YP2, XP3, YP3) der Markierungen (19a-c) von Soll-Positionen (Xsi, Ysi, Xs2, Ys2, Xs3, Ys3) der Markierungen (19a-c), sowie

Kalibrieren der Bearbeitungsmaschine (1 ) durch Korrigieren der Positionierung des Laserstrahls (6) in dem Bearbeitungsfeld (13) und/oder der Position der Bauplattform (2) in der Bearbeitungsmaschine (1 ) anhand der ermittelten Abweichungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem anhand der ermittelten Abweichungen ein lateraler Versatz und/oder eine Verdrehung der Bau Plattform (2) und/oder der Preform (3) in einer Bearbeitungsebene (14) der Bearbeitungsmaschine (1 ) korrigiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem eine Verkippung der Bauplattform (2) und/oder der Preform (3) relativ zu einer Bearbeitungsebene (14) der Bearbeitungsmaschine (1 ) durch eine Abstandsmessung ermittelt wird und bei dem die ermittelte Verkippung der Bauplattform (2) und/oder der Preform (3) relativ zur Bearbeitungsebene (14) korrigiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Abweichungen zwischen einem

jeweiligen Soll-Abstand (AAB.S, ABC.S, AAC.S) und einem jeweiligen Ist-Abstand (AAB,I , ABC.I, AAC.I) zwischen jeweils zwei von mindestens drei bevorzugt in einem Dreieck angeordneten Markierungen (19a-c) ermittelt werden, und bei dem anhand der ermittelten Abweichungen eine Verkippung der Bauplattform (2) und/oder der Preform (3) relativ zu einer Bearbeitungsebene (14) der

Bearbeitungsmaschine (1 ) korrigiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bauplattform (2) und/oder die Preform (3) in einem vorausgehenden Schritt zum Bestimmen der Soll-Positionen (Xsi, Ysi, Xs2, Ys2, Xs3, Ys3) der Markierungen (19a-c) vermessen wird/werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Laserstrahl (6) an einem Retroreflektor in Form eines dreidimensionalen Objekts,

insbesondere einer Kugel (19a-c), in die Scannereinrichtung (1 1 ) zurück reflektiert wird, wobei bevorzugt die Ist-Position (XPI , YPI , XP2, YP2, XP3, YP3) des Retroreflektors anhand einer Intensitätsverteilung (l(X, Y)) der detektierten zurück reflektierten Laserstrahlung (20) ermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Kugel (19a-c) in einer Fassung (30) aufgenommen ist, die von dem Kalibrieren an der Bauplattform (2) oder an der Preform (3) fixiert, bevorzugt angeschraubt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die

Markierungen (19a-c) für das Durchführen des Kalibrierens durch Bewegen der höhenverstelibaren Bauplattform (2) in oder in der Nähe einer Bearbeitungsebene (14) der Bearbeitungsmaschine (1 ) angeordnet werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Abstand (h) in Höhenrichtung (Z) zwischen mindestens einer der Markierungen (19a-c) und der Scannereinrichtung (11 ), bevorzugt einem Drehpunkt (D1 ) der

Scannereinrichtung (11) zur Ausrichtung des Laserstrahls (6) unter einem Winkel (a, a‘; ß, ß‘) auf die mindestens eine Markierung (19a-c), durch Triangulation bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem zum Bestimmen des Abstands (h) die

höhenverstellbare Bauplattform (2) in Höhenrichtung (Z) verschoben wird und der Abstand (h) anhand einer Verfahrstrecke (D) der Bauplattform (2) zwischen einer ersten Höhenposition (Hi) und einer zweiten Höhenposition (H2) in Höhenrichtung (Z) und bevorzugt anhand eines Winkels (a, a‘; ß, ß‘), unter dem der Laserstrahl (6) an einer jeweiligen Höhenposition (Hi, H2) auf die mindestens eine Markierung (19a-c) ausgerichtet ist, durch Triangulation bestimmt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem zum Bestimmen des Abstands (h) ein weiterer Laserstrahl (6a) einer weiteren Scannereinrichtung (11a) auf die mindestens eine Markierung (19a-c) ausgerichtet wird und der Abstand (h) anhand einer Distanz der Scannereinrichtung (11 ) zu der weiteren

Scannereinrichtung (11a), bevorzugt anhand einer Distanz (ADI D2) eines

Drehpunkts (D1 ) der Scannereinrichtung (11 ) zu einem Drehpunkt (D2) der weiteren Scannereinrichtung (11a), sowie anhand eines jeweiligen Winkels (a, g; ß, ö), unter dem der Laserstrahl (6) und der weitere Laserstrahl (6a) auf die mindestens eine Markierung (19a-c) ausgerichtet sind, durch Triangulation bestimmt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Laserstrahl zum Kalibrieren der Bearbeitungsmaschine (1) ein Pilot-Laserstrahl (6) verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend:

Detektieren mindestens eines Retroreflektors (19a) in dem Bearbeitungsfeld (13) durch Abscannen mindestens eines anhand der Soll-Position (Xsi, Ysi) des Retroreflektors (19a) vorgegebenen Suchbereichs (25) in dem Bearbeitungsfeld (13) mitels des Laserstahls (6).

14. Bearbeitungsmaschine (1 ) zum Herstellen von dreidimensionalen Bauteilen durch Bestrahlen von Pulverschichten, umfassend:

eine Bestrahiungseinrichtung (4) mit einer Scannereinrichtung (1 1 ) zur

Positionierung eines Laserstrahls (6) in einem Bearbeitungsfeld (13),

eine Bearbeitungskammer (15), in der ein Bearbeitungsfeld (13) gebildet ist und die eine Bauplatform (14) zum Aufbringen der Pulverschichten (3) aufweist, mindestens zwei Markierungen, insbesondere in Form von Retroreflektoren (19a- c), die an der Bauplatform (2) und/oder an einer an der Bauplattform (2) fixierten Preform (3) angebracht sind,

einen Detektor (22) zur Detektion von Laserstrahlung (20), die beim Überfahren der Markierungen (19a-c) mit dem Laserstrahl (6) von den Markierungen (19a-c) in die Scannereinrichtung (1 1 ) zurück reflektiert wird,

eine Auswerteeinrichtung (25) zum Ermitteln von Ist-Positionen (XPI , YPI ; XP2,

YP2; XP3, YP3) der Markierungen (19a-c) anhand der detektierten Laserstrahlung (20), sowie

eine Steuerungseinrichtung (23) zum Ermitteln von Abweichungen der Ist- Positionen (XPI , Ypi , Xp2, YP2, XP3, YP3) der Markierungen (19a-c) von Soll- Positionen (Xsi, Ysi, Xs2, Ys2, Xs3, Ys3) der Markierungen (19a-c) und zum Korrigieren der Positionierung des Laserstrahls (6) in dem Bearbeitungsfeld (13) und/oder der Position der Bauplattform (2) in der Bearbeitungsmaschine (1 ) anhand der ermittelten Abweichungen.

15. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 14, bei welcher die Steuerungseinrichtung (23) ausgebildet ist, anhand der ermitelten Abweichungen einen lateralen Versatz und/oder eine Verdrehung der Bauplattform (2) und/oder der Preform (3) in der Bearbeitungsebene (14) zu korrigieren.

16. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 14 oder 15, weiter umfassend: eine Abstand smessei n richtu ng (26), insbesondere einen T riangulationslaser, die zur Ermittlung einer Verkippung der Bauplattform (2) und/oder der Preform (3) relativ zur Bearbeitungsebene (14) der Bearbeitungsmaschine (1 ) ausgebildet ist, wobei die Steuerungseinrichtung (23) ausgebildet ist, die durch die Abstandsmesseinrichtung ermittelte Verkippung der Bauplatform (2) und/oder der Preform (3) relativ zur Bearbeitungsebene (14) zu korrigieren.

17. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei welcher die

Steuerungseinrichtung (23) ausgebiidet ist, Abweichungen zwischen einem jeweiligen Soll-Abstand (AAB.S, ABC.S, AAC.S) und einem jeweiligen Ist-Abstand (AAB,I, ABC.I, AAC.I) von jeweils zwei von mindestens drei bevorzugt in einem Dreieck angeordneten Markierungen (19a-c) zu ermitteln, und bei welcher die

Steuerungseinrichtung (23) ausgebildet ist, anhand der ermittelten Abweichungen eine Verkippung der Bauplattform (2) und/oder der Preform (3) relativ zur

Bearbeitungsebene (14) zu korrigieren.

18. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei welcher der Retroreflektor als dreidimensionales Objekt, insbesondere als Kugel (19a-c), ausgebildet ist.

19. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 18, bei welcher die Kugel (19a-c) aus Quarzglas oder aus Saphir gebildet ist und/oder einen Durchmesser (D) von weniger als 5 mm aufweist.

20. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 18 oder 19, bei welcher die Kugel (19a) in einer Fassung (30) aufgenommen ist, die bevorzugt ein Schraubgewinde (31 ) zur Fixierung in einer Gewindebohrung (32) der Bauplattform (2) und/oder der Preform (3) aufweist.

21. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 20, bei welcher die Fassung (30)

mindestens eine Öffnung (35) zum Austritt eines Strahlungsanteils des

Laserstrahls (6) aufweist.

22. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 21 , bei welcher die Steuerungseinrichtung (23) ausgebildet ist, einen Abstand (h) in Höhenrichtung (Z) zwischen mindestens einer der Markierungen (19a-c) und der

Scannereinrichtung (11), bevorzugt einem Drehpunkt (D1 ) der

Scannereinrichtung (11 ) zur Ausrichtung des Laserstrahls (6) unter einem Winkel (a, a'; b, ß‘) auf die mindestens eine Markierung (19a-c), durch Triangulation zu bestimmen.

23. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 22, bei welcher die Steuerungseinrichtung (23) ausgebildet ist, zum Bestimmen des Abstands (h) die höhenverstellbare Bauplattform (2) zwischen einer ersten Höhenposition (H-i) und einer zweiten Höhenposition (H2) in Höhenrichtung (Z) zu verschieben und den Abstand (h) anhand einer Verfahrstrecke (D) der Bauplattform (2) in Höhenrichtung (Z) zwischen der ersten und zweiten Höhenposition (Hi, H2) und bevorzugt anhand eines Winkels (a, a‘; ß, ß‘), unter dem der Laserstrahl (6) an einer jeweiligen Höhenposition (Hi, H2) auf die mindestens eine Markierung (19a-c) ausgerichtet ist, durch Triangulation zu bestimmen.

24. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 22 oder 23, weiter umfassend:

eine weitere Scannereinrichtung (1 1a) zur Ausrichtung eines weiteren

Laserstrahls (6a) auf ein weiteres Bearbeitungsfeld (13a), das in der

Bearbeitungskammer (15) gebildet ist,

wobei die Steuerungseinrichtung (23) und/oder eine weitere

Steuerungseinrichtung (23a) ausgebildet ist, zum Bestimmen des Abstands (h) den weiteren Laserstrahl (6a) der weiteren Scannereinrichtung (1 1 a) auf die Markierung (19a-c) auszurichten und den Abstand (h) anhand einer Distanz der Scannereinrichtung (1 1 ) zu der weiteren Scannereinrichtung (1 1 a), bevorzugt anhand einer Distanz (ADID2) des Drehpunkts (D1 ) der Scannereinrichtung (11 ) zu einem Drehpunkt (D2) der weiteren Scannereinrichtung (11 a), sowie anhand eines jeweiligen Winkels (a, g; ß, ö), unter dem der Laserstrahl (6) und der weitere Laserstrahl (6a) auf die mindestens eine Markierung (19a-c) ausgerichtet sind, durch Triangulation zu bestimmen.

25. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 24, bei welcher der Detektor als nicht ortsauflösender Detektor, insbesondere als Diode (22), ausgebildet ist.

Description:
Verfahren zum Kalibrieren einer Bearbeitungsmaschine und Bearbeitunqsmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer

Bearbeitungsmaschine zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen durch Bestrahlen von Pulverschichten, wobei die Bearbeitungsmaschine eine

Scannereinrichtung zur Positionierung eines Laserstrahls in einem Bearbeitungsfeld aufweist, in dem eine höhenverstellbare Bauplattform zum Aufbringen der

Pulverschichten positioniert ist. Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige

Bearbeitungsmaschine zum Herstellen von dreidimensionalen Bauteilen.

Bei der oben beschriebenen Bearbeitungsmaschine zur Herstellung von

dreidimensionalen Bauteilen wird ein Laserstrahl auf eine Schicht aus einem

Pulvermaterial, z.B, in Form eines Metallpulvers, fokussiert, die typischerweise in einer Bearbeitungsebene der Bearbeitungsmaschine angeordnet ist. Durch den Laserstrahl wird das Pulvermaterial lokal aufgeschmolzen bzw. gesintert, um eine Schicht des dreidimensionalen Bauteils zu erzeugen („laser metal fusion“, LMF bzw. „selective laser sintering“, SLS). Eine Scannereinrichtung zur Ausrichtung bzw. zur Positionierung des Laserstrahls weist typischerweise mindestens einen, in der Regei zwei auslenkbare, drehbare Scannerspiegel auf, deren maximale Auslenkungen bzw. Winkelstellungen ein Bearbeitungsfeld der Scannereinrichtung begrenzen.

Bei der Ausrichtung des Bearbeitungsstrahls auf unterschiedliche Positionen in dem Bearbeitungsfeld wird der bzw. werden die Scannerspiegel verschwenkt, um die X- Position und/oder die Y-Position des Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld zu verändern. Insbesondere bei der generativen Fertigung von dreidimensionalen Bauteilen, die nicht ausschließlich aus dem Pulvermateria! bestehen, sondern bei denen lediglich ein Oberteil des Bauteils durch das Bestrahlen von Pulverschichten gefertigt wird, das auf einem vorgefertigten Unterteil (Preform) aufgebaut wird, besteht das Problem, dass der Anbindungsbereich der Preform, insbesondere die Kontur der Preform, in allen Raumrichtungen exakt mit dem Laserstrahl getroffen werden muss. Ist dies nicht der Fall, weist das fertige Bauteil an dem

Anbindungsbereich Versatzstellen und/oder eine unzureichende Anbindung auf.

Beim Aufbau auf eine Preform muss somit sichergestellt sein, dass die

Konturbelichtung mittels eines zu diesem Zweck verwendeten Belichtungslasers exakt der Kontur der Preform folgt. Übliche Anforderungen für die Genauigkeit liegen in diesem Fall bei ca. +/- 50 pm. Für eine möglichst präzise Anbindung ist es typischerweise zudem erforderlich, dass die Anbindungszone der Preform nur um ca. +/- 20 pm zur Bearbeitungsebene verkippt ist.

In der EP 0 734 842 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten eines pulverförmigen, mittels elektromagnetischer Strahlung

(Energiestrahl) oder Teilchenstrahlung verfestigbaren Aufbaumaterials beschrieben. Auf der Oberseite eines höhenverstellbaren Trägers zum Aufbringen des Materials ist eine Unterlage (Preform) lösbar befestigt, die aus einem Material gebildet ist, an dem das Aufbaumaterial bei der Verfestigung anhaftet.

In der EP 1 048 441 A1 wird ein Verfahren zur Kalibrierung einer solchen Vorrichtung beschrieben, bei der eine Kalibrierungsplatte mit Referenzmarkierungen verwendet wird, die an einer bekannten Position in einem maschinenbezogenen

Koordinatensystem der Vorrichtung angeordnet wird. Der Energiestrahl wird an vorgegebene Soll-Positionen in dem maschinenbezogenen Koordinatensystem abgelenkt. Es erfolgt eine Erfassung der Abweichung der Ist-Positionen der

Auftreffpunkte des Energiestrahls von den Soll-Positionen unter Verwendung der Referenzmarkierungen. In Abhängigkeit von den Abweichungen erfolgt das

Einstellen einer Steuerung zum Ablenken des gerichteten Energiestrahls und somit eine Kalibration der Vorrichtung.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kalibrieren einer Bearbeitungsmaschine und eine Bearbeitungsmaschine bereitzustellen, welche eine präzise Anbindung eines schichtweise aufgebauten dreidimensionalen Bauteils an einer Preform ermöglichen.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches gekennzeichnet ist durch die Schritte: Überfahren von

mindestens zwei, bevorzugt von mindestens drei Markierungen, insbesondere in Form von Retroreflektoren, die an der Bauplattform und/oder an einer an der Bauplattform fixierten Preform angebracht sind, mittels des Laserstrahls, Detektieren von Laserstrahlung, die beim Überfahren der mindestens zwei Markierungen in die Scannereinrichtung zurück reflektiert wird, Ermitteln von Ist-Positionen der

Markierungen anhand der detektierten Laserstrahlung, Ermitteln von Abweichungen der Ist-Positionen der Markierungen von (vorgegebenen) Soll-Positionen der Markierungen, sowie Kalibrieren der Bearbeitungsmaschine durch Korrigieren der Positionierung des Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld und/oder der Position der Bauplattform in der Bearbeitungsmaschine anhand der ermittelten Abweichungen. Für das Korrigieren der Positionierung des Laserstrahls können beispielsweise Korrekturdaten berechnet werden, um die der Scannereinrichtung vorgegebenen Bahndaten bzw. Soll-Positionen für die Erzeugung des dreidimensionalen Bauteils zu korrigieren. Für das Korrigieren der Position der Bauplattform in der

Bearbeitungsmaschine können z.B. Stellschrauben in der Bearbeitungsmaschine vorgesehen sein, auf die manuell oder automatisiert, z.B. mittels eines Aktors, eingewirkt werden kann, um die Position der Bauplattform (ggf. mit der an dieser angebrachten Preform) zu korrigieren.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Ist-Lage bzw. die Ist-Ausrichtung der Bauplattform bzw. der an der Bauplattform fixierten Preform relativ zu einem

Koordinatensystem der Scannereinrichtung bzw. der Bearbeitungsmaschine zu bestimmen und die Positionierung des Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld erforderlichenfalls zu korrigieren, d.h. an die Ist-Lage/Ausrichtung der Bauplattform bzw. der Preform anzu passen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Position der Bauplattform in der Bearbeitungsmaschine, insbesondere deren Ausrichtung relativ zur (horizontalen) Bearbeitungsebene, korrigiert werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Anbindung des auf der Preform aufzubauenden Bauteils exakt der vorgegebenen Kontur der Preform folgt. Es versteht sich, dass eine solche Korrektur auch sinnvoll sein kann, wenn in der Bearbeitungsmaschine keine Preform vorhanden ist, d.h. wenn das dreidimensionale Bauteil vollständig durch

schichtweisen Aufbau aus den Pulverschichten erzeugt wird.

Bei einer Variante wird/werden anhand der ermittelten Abweichungen ein lateraler Versatz und/oder eine Verdrehung der Bauplattform und/oder der Preform in der Bearbeitungsebene korrigiert. Zu diesem Zweck werden die Ist-Positionen, genauer gesagt die (zweidimensionalen) Orts-Koordinaten bzw. äquivalent dazu die

Winkelstellungen des bzw. der Scannerspiegel der Scannereinrichtung, von

(mindestens) zwei Markierungen bestimmt, die an der Bauplattform oder an der Preform (ortsfest) angebracht sind. Beim Überfahren der mindestens zwei

Markierungen lässt sich durch Rückrechnen der lateralen Bahn des Laserstrahls im Koord i natensystem der Scannereinrichtung die Ist-Position der Markierungen (X- Koordinate und Y-Koordinate bzw. entsprechende Winkel-Stellungen des/der

Scannerspiegel) bestimmen.

Anhand eines Vergleichs der Ist-Positionen mit den Soll-Positionen der beiden Markierungen können sowohl ein lateraler Versatz der Bauplattform/Preform relativ zu einer Soll-Position als auch eine Verdrehung der Bauplattform/Preform relativ zu einer Soll-Ausrichtung in der Bearbeitungsebene der Bearbeitungsmaschine bestimmt werden. Die Verdrehung kann beispielsweise anhand einer Abweichung einer Soll-Ausrichtung eines Abstandsvektors zwischen den Soll-Positionen der beiden Markierungen und einer Ist-Ausrichtung eines Abstandsvektors zwischen den Ist-Positionen der beiden Markierungen bestimmt werden. Zusätzlich zur Verdrehung der Bauplattform/Preform kann auch der laterale Versatz der Bauplattform anhand einer Differenz zwischen einer jeweiligen Ist-Position und einer jeweiligen Soll- Position einer jeweiligen Markierung ermittelt und ggf. bei der Positionierung des Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld korrigiert werden. Falls geeignete

Stelleinrichtungen in der Bearbeitungsmaschine vorgesehen sind, kann/können ggf. die laterale Position der Bauplattform bzw. deren Verdrehung in der

Bearbeitungsebene korrigiert werden. Im Idealfall kann hierbei die Bauplattform an Ihre Soll-Position in der Bearbeitungsmaschine bewegt werden, so dass auf eine Korrektur bei der Positionierung des Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld ggf.

verzichtet werden kann.

Um zu vermeiden, dass es bei der Ermittlung der Abweichung zu falschen

Ergebnissen aufgrund einer Verkippung der Bauplattform/Preform relativ zur

Bearbeitungsebene (oder einer zu dieser parallelen Ebene) kommt, die zu einer Längenänderung zwischen den detektierten Ist-Posrtionen der Markierungen führt, ist es erforderlich, dass die Bauplatte/Preform vor dem Kalibrieren nivelliert wird, d.h. in eine parallel zur Bearbeitungsebene ausgerichtete Lage verbracht wird bzw. dass die Verkippung bei der Kalibrierung berücksichtigt wird.

Bei einer Variante wird eine Verkippung der Bauplattform und/oder der Preform relativ zur Bearbeitungsebene der Bearbeitungsmaschine durch eine

Abstandsmessung ermittelt und es wird die ermittelte Verkippung der Bauplattform und/oder der Preform relativ zur Bearbeitungsebene korrigiert. Für die Triangulation kann beispielsweise ein T riangulationslaser verwendet werden, der ggf. zusätzlich zu einem Arbeitslaser, der zur Bestrahlung der Pulverschichten dient, in einer

Bestrahlungseinrichtung angeordnet ist. Der Triangulations-Laserstrahl des

T riangulationslasers kann z.B. koaxial zum Bearbeitungs-Laserstahl in den

Strahlengang der Scannereinrichtung eingekoppelt werden. Alternativ kann für die Triangulation bzw. für den Triangulationslaser eine weitere Scannereinrichtung in der Bearbeitungsmaschine vorgesehen sein. Die Verwendung eines zusätzlichen

T riangulationslasers ist aber nicht zwingend erforderlich, vielmehr kann zur

Triangulation auch ein ohnehin in der Bearbeitungsmaschine vorhandener Pilot- Laser oder der Arbeitslaser verwendet werden, der zu Bestrahlen der

Pulverschichten dient. Für die Triangulation bzw. die Abstandsmessung kann eine kamerabasierte Strukturauswertung eingesetzt werden. Die Triangulation funktioniert in der Regel jedoch nur, wenn die an der Bauplattform fixierte Preform keine zu große Ausdehnung in vertikaler Richtung (Z-Richtung) aufweist, da in diesem Fall der für die Triangulation verwendete T riangulations-Laserstrahl ggf. abgeschattet wird.

Bei einer alternativen Variante wird eine Abweichung zwischen einem jeweiligen Soll- Abstand und einem jeweiligen Ist-Abstand zwischen jeweils zwei von mindestens drei typischerweise in einem Dreieck angeordneten Markierungen ermittelt, und es wird anhand der ermittelten Abweichung eine Verkippung der Bauplattform und/oder der Preform relativ zur Bearbeitungsebene korrigiert. Bei dieser Variante wird anhand der Ist-Positionen bzw. der Ist-Abstände der (mindestens) drei Markierungen eine Information über die Verkippung bzw. über die Z-Lage der Bauplattform/Preform ermittelt. Der Soll-Abstand stellt hierbei den Differenz-Vektor zwischen den

(zweidimensionalen) Soll-Positionen von jeweils zwei Markierungen dar.

Entsprechend stellt der Ist-Abstand den Differenz-Vektor zwischen den

(zweidimensionalen) Ist-Positionen von jeweils zwei der Markierungen dar.

Durch die Verwendung der mindestens drei Markierungen ist eine Nivellierung, d.h. eine (manuelle oder automatisierte) Korrektur der Verkippung der Bauplattform in der Bearbeitungsmaschine, bzw. eine Berücksichtigung der Verkippung der

Bauplattform/Preform bei der Positionierung des Laserstrahls in dem

Bearbeitungsfeld auch für den Fall möglich, dass die Preform eine nennenswerte Ausdehnung in vertikaler Richtung aufweist, die zu der weiter oben beschriebenen Abschattung des Triangulations-Laserstrahls führt, so dass durch die Triangulation keine Nivellierung stattfinden kann.

Beim Überfahren von z.B. drei Markierungen entsteht ein virtuelles Dreieck, dessen drei Eckpunkte von den Markierungen gebildet werden. Aus den Bahndaten zur Erzeugung des dreidimensionalen Bauteils sind sowohl die Soll-Positionen der drei Markierungen als auch die Soll-Abstände zwischen jeweils zwei der Markierungen, d.h. die Soll-Längen der drei Schenkel des Dreiecks, bekannt. Kommt es

betriebsbedingt zu einer Schiefstellung der Ba u p I attfo rm/Prefo rm , wird diese beim Überfahren der Markierungen mittels des Laserstrahls erfasst, da die Länge der Schenkel des Dreiecks sich aus dem Blickwinkel der Scannereinrichtung verändert:

Bei einem Auskippen eines der Eckpunkte des Dreiecks nach oben aus einer horizontalen Ebene (Bearbeitungsebene) vergrößert sich der Scanwinkel, unter dem der Laserstrahl ausgerichtet werden muss, um den Eckpunkt mit der Markierung zu erfassen. Entsprechend verringert sich bei einer Schiefstellung, bei welcher eine den Eckpunkt bildende Markierung nach unten aus einer horizontalen Ebene verkippt wird, der Scanwinkel, um diese Markierung zu erfassen. Anhand der Veränderung des Scanwinkels und somit der Ist-Position der jeweiligen Markierung bzw. der Vergrößerung oder der Verkleinerung des Ist-Abstands und der Kenntnis des Soll- Abstands zwischen jeweils zwei Markierungen lässt sich somit zweifelsfrei erkennen, ob die jeweilige Markierung in Z-Richtung oberhalb (Vergrößerung des Ist-Abstands zum Soll-Abstand) oder unterhalb (Verkleinerung des Ist-Abstands zum Soll- Abstand) einer horizontalen Ebene bzw. einer Nennlage in Z-Richtung liegt. Die Positionierung des Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld kann anhand der ermittelten Abweichung entsprechend korrigiert werden.

Die Soll-Positionen der Markierungen werden der Scannereinrichtung bzw. einer für die Herstellung des dreidimensionalen Bauteils verwendeten Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsmaschine zusammen mit den Bahndaten zur Herstellung des dreidimensionalen Bauteils übergeben. Bei den Soll-Positionen der Markierungen handelt es sich um Positionen, die bei einer gewünschten Soll-Lage/Ausrichtung der Bauplattform/Preform von den Markierungen eingenommen werden. Für die Vorgabe der Soll-Positionen ist es daher erforderlich, die Positionen der Markierungen relativ zur Bauplatte/Preform zu kennen. Die Soll-Positionen können grundsätzlich als bekannt vorausgesetzt werden, wenn die Markierungen mit einer hohen Präzision an der Oberseite der Bauplattform bzw. an der Oberseite der Preform angebracht werden.

Bevorzugt wird/werden die Bauplattform und/oder die Preform in einem

vorausgehenden Schritt zum Bestimmen der Soll-Positionen der Markierungen relativ zur Bauplattform und/oder zur Preform vermessen. Die Vermessung kann

beispielsweise mit Hilfe einer Koordinaten-Messmaschine erfolgen. Anhand der Positionen der Markierungen relativ zur Bauplattform/Preform können unter

Verwendung der bekannten Soll-Position bzw. der Soll-Lage der

Bauplattform/Preform relativ zum Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine die Soll-Positionen der Markierungen festgelegt werden, die für die weiter oben beschriebene Ermittlung der Abweichungen verwendet werden.

Typischerweise werden die zwei oder mehr Markierungen voneinander beabstandet an der Oberseite der Bauplattform bzw. der Preform angebracht. Die Markierungen werden in der Regel benachbart zum seitlichen Rand bzw. zum Außendurchmesser der Bauplattform bzw. der Preform angebracht, um die Herstellung des

dreidimensionalen Bauteils nicht zu behindern. Für die Genauigkeit der Kalibrierung ist es zudem in der Regel günstig, wenn die Markierungen möglichst große Abstände zueinander aufweisen.

Die Markierungen können beispielsweise durch reflektierende, streuende oder absorbierende Flächenbereiche gebildet sein, die auf einem Substrat mit einer jeweils anderen Eigenschaft aufgebracht sind, so dass die Markierungen beim Überfahren mit dem Laserstrahl anhand von in die Scannereinrichtung

zurückreflektierter bzw. zurückgestreuter Laserstrahlung detektiert werden können.

Im Sinne dieser Anmeldung wird unter in die Scannereinrichtung zurück reflektierter Laserstrahlung auch Laserstrahlung verstanden, die an einer solchen streuenden Markierung nicht spekular in die Scannereinrichtung zurück gestreut wird.

Die Markierungen können beispielsweise eine Geometrie in der Art von Kreisen, Punkten oder Kreuzen aufweisen. Beispielsweise können die Markierungen in Form von Ringstrukturen aus einer dünnen Goldschicht auf einem Keramiksubstrat gebildet werden, welches an der Bauplattform bzw. an der Preform angebracht wird. Bei den Markierungen kann es sich auch um reflektierende Flächenbereiche handeln, an die ein nicht retroreflektierender, insbesondere absorbierender und/oder streuender Flächenbereich angrenzt, welcher aus dem Material des Substrats gebildet ist.

Bei einer weiteren Variante wird der Laserstrahl an einem Retroreflektor in Form eines dreidimensionalen Objekts, insbesondere einer Kugel, in die

Scannereinrichtung zurück reflektiert, wobei bevorzugt die Ist-Position des

Retroreflektors anhand einer Intensitätsverteilung der detektierten zurück

reflektierten Laserstrahlung ermittelt wird.

Bei dieser Variante wird für das Kalibrieren bzw. Registrieren der

Bearbeitungsmaschine ein Retroreflektor in Form eines reflektierenden

dreidimensionalen Objekts verwendet, welches einen erheblichen Anteil eines auf den Retroreflektor auftreffenden Laserstrahls im Wesentlichen unabhängig vom Einfallswinkel zur Strahlquelle - im vorliegenden Fall zur Scannereinrichtung - zurück reflektiert. Unter einem dreidimensionalen Objekt wird ein Objekt verstanden, das in allen drei Raumdimensionen eine Ausdehnung von mindestens 20 pm, bevorzugt von mindestens 50 pm, besonders bevorzugt von mindestens 100 pm, insbesondere von mindestens 1 mm aufweist. Der Retroreflektor weist über einen großen

Einfallswinkelbereich eine Reflektivität von z.B. mehr als 5% in die Einfallsrichtung des Laserstrahls auf. Die Reflektivität des Retroreflektors in die Einfallsrichtung ist somit deutlich größer als bei herkömmlichen reflektierenden Objekten bzw.

Materialien, bei denen die einfallende Strahlung (nur) spekular reflektiert wird, so dass nur ein sehr kleiner Anteil an gestreuter Laserstrahlung in die Einfallsrichtung des Laserstrahls zurück reflektiert wird. Die erhöhte Intensität der von dem

Retroreflektor zur Scannereinrichtung zurück reflektierten Laserstrahlung erhöht deren Detektierbarkeit und somit die Präzision bei der Ermittlung der Ist-Position des Retroreflektors in dem Bearbeitungsfeld.

Bei dieser Variante kann es sich bei dem Retroreflektor beispielsweise um eine (kleine) Kugel handeln, die aus einem den Laserstrahl transmittierenden Material, beispielsweise aus Glas, insbesondere Quarzglas, Saphir, Diamant etc. gebildet sein kann und die in der Regel einen Durchmesser in der Größenordnung von mehreren Mikrometern bis zu wenigen Millimetern, in der Regel weniger als 10 mm, aufweist. Ein solcher dreidimensionaler Retroreflektor ermöglicht eine sehr präzise

Bestimmung der Ist-Position des Retroreflektors in dem Bearbeitungsfeld, welche durch die Position, genauer gesagt durch die XY-Koordinaten des Zentrums der transparenten Kugel vorgegeben ist.

Die transparente Kugel wirkt als Retroreflektor, da diese einen Großteil des von einer weit entfernten Lichtquelle einfallenden Lichts auf einen Fleck im Bereich der hinteren Oberfläche der Kugel oder ggf. an der vorderen Oberfläche der Kugel fokussiert, wobei durch den Unterschied im Brechungsindex zwischen der Kugel und der Umgebung, typischerweise Luft, die hintere Oberfläche oder ggf. die vordere Oberfläche der Kugel als Retroreflektor wirkt. Es versteht sich, dass ggf. auch dreidimensionale Objekte, die auf andere Weise, beispielsweise als Prismen oder dergleichen ausgebildet sind, als Retroreflektoren verwendet werden können. Es versteht sich, dass die Kugel in den vorherigen und nachfolgenden

Ausführungsformen nicht zwingend transparent für den Laserstrahl ausgebildet sein muss, wenn die vordere Oberfläche der Kugel als (Retro-) Reflektor wirkt.

Für die Ermittlung der Ist-Position des Retroreflektors kann beispielsweise wie nachfolgend beschrieben vorgegangen werden: Der Retroreflektor in Form des dreidimensionalen Objekts wird mittels des Laserstrahls (mehrfach) überfahren, wobei die Scannereinrichtung einen Bereich mit vorgegebener räumlicher

Erstreckung abscannt und wobei jeweils die zurück reflektierte Laserstrahlung detektiert wird. Entspricht die Position des Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld exakt der Ist-Position des Retroreflektors, so kommt es zu einer maximalen Reflexion des Laserstrahls an dem Retroreflektor, d.h. es wird eine maximale Intensität der reflektierten Laserstrahlung detektiert. Bei Abweichungen zwischen der Ist-Position des Laserstrahls und der Ist-Position des Retroreflektors wird eine geringere

Intensität der reflektierten Laserstrahlung detektiert. Aus der zweidimensionalen Intensitätsverteilung (Bitmap) der detektierten Laserstrahlung wird mit Hilfe eines Bildauswertealgorithmus ein Intensitätsschwerpunkt als Ist-Position des

Retroreflektors bestimmt. Bei einer Weiterbildung ist die Kugel in einer Fassung aufgenommen, die von dem Kalibrieren an der Bauplattform oder an der Preform fixiert, bevorzugt angeschraubt wird. Für eine möglichst präzise Kalibration der Bearbeitungsmaschine ist es erforderlich, dass die laterale Position der Kugel an der Bauplatte/Preform möglichst präzise definiert ist und insbesondere das Spiel zwischen der Kugel bzw. der Fassung und der Bauplattform/Preform minimiert wird. Zu diesem Zweck kann die Fassung ein Gewinde sowie einen Präzisionspassbund aufweisen, welcher die laterale Positionierung der Kugel mit der Genauigkeit einer Fräsmaschine ermöglicht, die zum Fräsen einer Bohrung mit Gegengewinde (Passschraube bzw. Passung) in die Bauplattform/Preform verwendet wird.

Die Fassung weist bevorzugt zusätzlich eine exakt definierte Höhe von einem axialen Anschlag des Präzisio nspassb und es zur Mitte der Kugel auf. Die Kugel kann in der Fassung in Form einer (Referenz-)Schraube durch eine thermisch induzierte

Spannung gefasst werden, beispielsweise indem die Fassung bei der Montage der Kugel auf ca. 80°C erwärmt wird. Um die Spannung der Fassung während des Betriebs der Bearbeitungsmaschine nicht zu verlieren, kann für die Fassung ein Werkstoff gewählt werden, welcher einen möglichst identischen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Material der Kugel aufweist. Handelt es sich bei dem Material der Kugel z.B. um Saphir (AI2O3), kann als Material für die Fassung z.B. Kovar gewählt werden, da beide Materialien einen annähernd gleichen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Bei einer weiteren Variante werden die Markierungen für das Durchführen des Kalibrierens durch Bewegen der höhenverstellbaren Bauplattform in oder in der Nähe einer Bea rbeitu ngsebene der Bearbeitungsmaschine angeordnet. Auf der Höhe der Bearbeitungsebene ist typischerweise eine Arbeitsfläche in der Bearbeitungskammer gebildet. Unter einer Anordnung der Markierungen in der Nähe der

Bearbeitungsebene wird eine Abweichung von ca. einem Millimeter in vertikaler Richtung von der Bearbeitungsebene (nach unten) verstanden. Die Markierungen sollten nicht über die Bearbeitungsebene nach oben überstehen, um eine Kollision mit einem Schieberarm oder dergleichen, der zum Transport von Pulver auf die Bauplattform verwendet wird, zu verhindern. Bei dem weiter oben beschriebenen Retrorefiektor in Form einer Kugel kann die Mantelfläche der Kugel beispielsweise frei über die Fassung hinaus ragen und derart in einer Aufnahme, typischerweise einer Passschraube, in der Bauplattform/Preform eingebaut werden, dass die Mantelfläche wenige 1/10 mm unterhalb der Bearbeitungsebene liegt, wenn die Bauplattform/Preform sich mit ihrer Oberseite auf der Höhe der Bauplattform befindet.

Neben einer präzisen Vermessung der Ist-Positionen der Markierungen in dem Bearbeitungsfeld ist es in der Regel auch erforderlich bzw. günstig, wenn die absolute Position der Markierungen in Höhenrichtung, d.h. senkrecht zur

Bearbeitungsebene, möglichst präzise bestimmt werden kann. Aufgrund der Fixierung der Markierungen an der Bauplattform bzw. an der Preform ist die

Höhenposition der Markierungen relativ zur Bauplattform - eine ebene Ausrichtung der Bauplattform vorausgesetzt - grundsätzlich bekannt. Durch die Bestimmung eines Abstands in Höhenrichtung zwischen den Markierungen und einer

Referenzhöhe kann daher die absolute Höhenposition der Bauplattform bestimmt werden. Die absolute Höhenposition kann auf die Referenzhöhe in der

Bearbeitungsmaschine bezogen werden, bei der es sich beispielsweise um die Höhenposition der Bearbeitungsebene, um eine andere Referenzhöhe der höhenverstellbaren Bauplattform, um eine Höhenposition der

Bestrahlungseinrichtung bzw. der Scannereinrichtung, z.B. auf um die Höhenposition eines Drehpunkts der Scannereinrichtung (s.u.), handeln kann. Ist die absolute Höhenposition der Bauplattform bekannt, kann insbesondere eine Nulllage der Bauplattform relativ zur Höhenposition der Bearbeitungsebene präzise definiert werden, die ansonsten in der Regel mit einer großen Ungenauigkeit belastet ist.

Bei einer Variante des Verfahrens wird ein Abstand in Höhenrichtung zwischen mindestens einer der Markierungen und der Scannereinrichtung, bevorzugt einem Drehpunkt der Scannereinrichtung zur Ausrichtung des Laserstrahls auf die mindestens eine Markierung, durch Triangulation bestimmt. Für die Bestimmung des Abstandes in Höhenrichtung wird typischerweise davon ausgegangen, dass die Bauplattform nivelliert ist, d.h. dass diese parallel zur Bearbeitungsebene

ausgerichtet ist. Wie bei der Triangulation üblich, kann der Abstand in Höhenrichtung zwischen dem Drehpunkt und zwei der Markierungen dadurch bestimmt werden, dass der Laserstrahl ausgehend von dem Drehpunkt unter einem jeweiligen

(Beobachtungs-)Winkel in Bezug auf die Höhenrichtung (Z-Achse) auf die erste bzw. auf die zweite Markierung ausgerichtet wird und anhand der beiden (Beobachtungs- JWinkel und anhand des (bekannten) Abstands zwischen den beiden Markierungen der Abstand in Höhenrichtung bestimmt wird. Der Ausrichtung bzw. die Drehung des Laserstrahls wird durch die S ca n ne re i n richtu ng der Bearbeitungsmaschine ermöglicht. Der Drehpunkt des Laserstrahls bzw. der Scannereinrichtung liegt bei der Verwendung von zwei Scannerspiegeln zwischen den beiden Drehachsen der Scannerspiegel.

Für den Fall, dass es sich bei den Markierungen wie weiter oben beschrieben um in eine Fassung aufgenommene Kugeln handelt, die vor dem Kalibrieren an der Bauplattform oder an der Preform gehaltert bzw. fixiert werden, weist der Abstand zwischen den Markierungen eine vergleichsweise hohe Toleranz auf, d.h. dieser ist mit einer großen Messunsicherheit belastet. In der Regel weist die

Bearbeitungsmaschine, in der das Verfahren zum Kalibrieren durchgeführt wird, jedoch eines oder mehrere Positionierungssysteme bzw. Aktoren auf, die eine Bewegung mit einer hohen Präzision ermöglichen. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Aktor bzw. um einen Antrieb zur präzisen Verschiebung der höhenverstellbaren Bauplattform in Höhenrichtung oder um einen Aktor in Form einer weiteren Scannereinrichtung zur hochpräzisen Positionierung eines weiteren

Laserstrahls handeln.

Um den mit der Messunsicherheit behafteten Abstand zwischen den beiden

Markierungen nicht für die Bestimmung des Abstandes in Höhenrichtung in Bezug zu der Scannereinrichtung zu verwenden, wird dieser bei der Triangulation bevorzugt nicht berücksichtigt, d.h. dieser wird aus den jeweiligen Gleichungen eliminiert. Der Abstand zwischen den Markierungen wird durch eine andere Messgröße des bzw. der Aktor-System(e) ersetzt, welche für die Triangulation verwendet wird und welche präziser bekannt ist bzw. präziser vermessen werden kann. Auf diese Weise wird die Messunsicherheit auf das bzw. auf die Aktor-Systeme verlagert, die aufgrund ihrer hohen Genauigkeit zu einer geringeren Messunsicherheit bei der Bestimmung des Abstandes in Höhenrichtung beitragen. Idealerweise wird in diesem Fall für die Triangulation ein- und dieselbe Markierung mindestens zwei Mal vermessen, d.h. diese wird unter zwei oder mehr unterschiedlichen (Blick- )Winkeln in Bezug auf die Höhenrichtung (Z-Achse) beobachtet bzw. mit dem Laserstrahl überfahren.

Bei einer Weiterbildung wird zum Bestimmen des Abstands die höhenverstellbare Bauplattform in Höhenrichtung verschoben und der Abstand wird anhand einer Verfahrstrecke der Bauplattform in Höhenrichtung zwischen einer ersten

Höhenposition und einer zweiten Höhenposition und bevorzugt anhand eines Winkels, unter dem der Laserstrahl an einer jeweiligen Höhenposition auf die mindestens eine Markierung ausgerichtet ist, durch Triangulation bestimmt. In diesem Fall wird der (Beobachtungs-)Winkel bei der Beobachtung ein- und derselben Markierung bei zwei unterschiedlichen Höhenpositionen der Bauplattform ausgehend von demselben Beobachtungspunkt, beispielsweise von demselben Drehpunkt, ermittelt und als dritte Messgröße für die Triangulation wird die Verfahrstrecke der Bauplattform in Höhenrichtung verwendet. Es versteht sich, dass der Abstand in Höhenrichtung zu der Scannereinrichtung auf diese Weise nicht nur für eine, sondern auch für zwei oder mehr der Markierungen bestimmt werden kann. Ist die

Bauplattform bzw. die Preform korrekt nivelliert, sollte sich hierbei jeweils derselbe Abstand in Höhenrichtung ergeben, sofern sich die Höhenposition der Markierungen relativ zur Bauplattform bzw. zur Preform nicht unterscheidet. Zur Bestimmung des Abstandes aller Markierungen bzw. der Ebene mit den Markierungen (bzw. der Bauplattform und/oder der Preform) von der Scannereinrichtung kann eine (ggf. gewichtete) Mittelung über die Abstände erfolgen, die für die einzelnen Markierungen bestimmt wurden.

Bei einer weiteren Weiterbildung wird zum Bestimmen des Abstands ein weiterer Laserstrahl einer weiteren Scannereinrichtung auf die mindestens eine Markierung ausgerichtet und der Abstand wird anhand einer Distanz der Scannereinrichtung zu der weiteren Scannereinrichtung, bevorzugt anhand einer Distanz eines Drehpunkts der Scannereinrichtung zu einem Drehpunkt der weiteren Scannereinrichtung, sowie anhand eines jeweiligen Winkels, unter dem der Laserstrahl und der weitere

Laserstrahl auf die mindestens eine Markierung ausgerichtet sind, durch

Triangulation bestimmt. Die Bearbeitungsmaschine, an welcher die Kalibration durchgeführt wird, weist in diesem Fall zwei oder mehr Scannereinrichtungen auf und kann beispielsweise wie in der DE 10 2016 222 186 A1 beschrieben ist ausgebildet sein, welche durch Bezugnahme bezüglich dieses Aspekts zum Inhalt dieser

Anmeldung gemacht wird. Die weitere Scannereinrichtung kann insbesondere Teil einer weiteren Bestrahlungseinrichtung sein, die ähnlich oder baugleich zu der Bestrahlungseinrichtung ist, in der die Scannereinrichtung vorgesehen ist.

Auch bei dieser Weiterbildung wird ein- und dieselbe Markierung zwei Mal aus unterschiedlichen (Blick-)winkeln beobachtet, allerdings von unterschiedlichen Beobachtungspunkten aus, die beispielsweise den weiter oben beschriebenen Drehpunkten entsprechen können. In diesem Fall wird die bekannte und während der Kalibrierung der Scannereinrichtung und der weiteren Scannereinrichtung relativ zueinander gut zu bestimmende Distanz zwischen den beiden Drehpunkten bzw. zwischen den beiden Scannereinrichtungen zusätzlich zu den jeweiligen Winkeln für die Triangulation verwendet. Auch auf diese Weise kann die Messunsicherheit bei der Bestimmung des Abstandes in Höhenrichtung reduziert werden.

Die Messunsicherheit kann zusätzlich durch das mehrmalige Verfahren der höhenverstellbaren Bauplattform in Höhenrichtung an drei oder mehr

unterschiedliche Höhenpositionen verringert werden, wobei anhand einer

Verfahrstrecke zwischen jeweils zwei der Höhenpositionen ein jeweiliger Abstand in Höhenrichtung bestimmt wird. Gleiches gilt für eine Bestimmung des Abstandes zu der bzw. den Scannereinrichtungen unter Zuhilfenahme von weiteren (dritten, vierten, ...) Scannereinrichtungen. In diesem Fall kann ein- und dieselbe Markierung aus drei oder ggf. mehr (Blick-)Winkeln beobachtet werden, um die Mess- bzw. die Detektionsgenauigkeit weiter zu erhöhen. Die weiter oben beschriebenen Ansätze können insbesondere kombiniert bzw. parallel (gleichzeitig) durchgeführt werden, um durch eine (ggf. gewichtete) Mittelung der bei unterschiedlichen Messstrategien bestimmten Werte die Messgenauigkeit bei der Bestimmung des Abstandes in Höhenrichtung der Markierungen von der Scannereinrichtung und somit bei der Bestimmung der Höhenposition der Bauplattform bzw. der Preform als Ganzes zu erhöhen.

In einer weiteren Variante wird zum Kalibrieren der Bearbeitungsmaschine ein Pilot- Laserstrahl verwendet. Der für das Kalibrieren verwendete Pilot-Laserstrahl weist typischerweise eine geringere Leistung auf als der für die Bestrahlung der Pulverschichten verwendete Bearbeitungs-Laserstrahl. Dies ist günstig, um eine Beschädigung des Retroreflektors durch den Laserstrahl zu vermeiden. Als

Laserquelle kann beispielsweise ein Faserlaser verwendet werden, über dessen Faser auch der Pilot-Laserstrahl des Faserlasers übertragen wird, der eine geringere Leistung aufweist als der Bearbeitungs-Laserstrahl und der mit Hilfe der

Scannereinrichtung in dem Bearbeitungsfeld positioniert wird. Auch die Wellenlänge des Pilot-Laserstrahls kann sich von der Wellenlänge des Bearbeitungs-Laserstrahls unterscheiden. Alternativ kann die Kalibrierung ggf. auch mit dem für die Bestrahlung bzw. für das Aufschmelzen der Pulverschichten verwendeten Bearbeitungs- Laserstrahl vorgenommen werden.

Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren zusätzlich: Detektieren

mindestens eines Retroreflektors in dem Bearbeitungsfeld durch Abscannen mindestens eines anhand der Soll-Position des Retroreflektors vorgegebenen Suchbereichs in dem Bearbeitungsfeld mittels des Laserstahls. Die

(zweidimensionale, d.h. X/Y) Soll-Position der Retroreflektoren, insbesondere in Form der Kugeln, kann in der Bearbeitungsmaschine, typischerweise in einer Steuerungseinrichtung, z.B. in Form einer Tabelle oder dergleichen vorgegeben werden. Um die Retroreflektoren an ihrer jeweiligen Ist-Position aufzufinden, wird bei diesem Beispiel um die vorgegebene Soll-Position ein Suchfenster in Form eines Teilbereichs des Bearbeitungsfeldes definiert. Dieser Suchbereich wird zunächst mittels des Laserstrahls grob, d.h. mit geringer Auflösung, abgescannt, bis der jeweilige Retroreflektor aufgefunden wird. Anschließend wird wie weiter oben beschrieben der Retroreflektor, typischerweise in Form der Kugel, fein, d.h. mit einer höheren Auflösung, überfahren, um die genaue Ist-Position des Retroreflektors zu bestimmen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine zum Herstellen von dreidimensionalen Bauteilen durch Bestrahlen von Pulverschichten, umfassend: eine Bestrahlungseinrichtung mit einer Scannereinrichtung zum Positionieren eines Laserstrahls in einem Bearbeitungsfeld, eine Bearbeitungskammer, in der ein Bearbeitungsfeld gebildet ist und die eine Bauplattform zum Aufbringen der

Pulverschichten aufweist, mindestens zwei Markierungen, insbesondere in Form von Retroreflektoren, die an der Bauplattform und/oder an einer an der Bauplattform fixierten Preform angebracht sind, einen Detektor zur Detektion von Laserstrahlung, die beim Überfahren der Markierungen mit dem Laserstrahl von den Markierungen in die Scannereinrichtung zurück reflektiert wird, eine Auswerteeinrichtung zum

Ermitteln von Ist-Positionen der Markierungen anhand der detektierten

Laserstrahlung, sowie eine Steuerungseinrichtung zum Ermitteln von Abweichungen der Ist-Positionen der Markierungen von Soll-Positionen der Markierungen und zum Korrigieren der Positionierung des Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld und/oder der Position der Bauplattform in der Bearbeitungsmaschine anhand der ermittelten Abweichungen.

Es versteht sich, dass auch für den Fall, dass eine Preform an der Bauplattform (ortsfest) fixiert ist, die Markierungen an der Bauplattform und nicht an der Preform angebracht werden können. Dies ist ggf. günstig, da zu deren ortsfester Anbringung die Preform ggf. mechanisch bearbeitet werden muss, z.B. indem Gewinde- Bohrungen oder dergleichen für die Aufnahme der Markierungen in die Preform eingebracht werden. Da sich das Material der Preform mit dem Pulvermaterial verbindet und ein Unterteil des in der Bearbeitungsmaschine hergestellten Bauteils bildet, ist eine solche mechanische Bearbeitung ggf. unerwünscht. Auch ist bei bestimmten Preformen, z.B. für Zahnimplantate, ggf. kein Raum für die Anbringung der Markierungen vorhanden. Die Anbringung der Markierungen an der Preform ermöglicht es aber, eine fehlerhafte Fixierung, beispielsweise eine fehlerhafte Ausrichtung, der Preform relativ zur Bauplattform zu erkennen und zu korrigieren, was bei der Anbringung der Markierungen an der Bauplattform typischerweise nicht möglich ist. Die Preform kann auf unterschiedliche Weise (lösbar) an der

Bauplattform fixiert werden, beispielsweise durch Klemmen, durch eine rastende Verbindung, durch Fixierstifte, die in Bohrungen der Bauplattform eingesetzt werden, etc.

Bei einer Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, anhand der ermittelten Abweichungen einen lateralen Versatz und/oder eine Verdrehung der Bauplattform und/oder der Preform in der Bearbeitungsebene zu korrigieren. Für die Korrektur eines lateralen Versatzes und/oder einer Verdrehung ist es ausreichend, wenn zwei voneinander beabstandete Markierungen an der Bauplattform oder an der Preform angebracht sind. Wie weiter oben beschrieben wurde, sind die Markierungen typischerweise an der Oberseite der Bauplattform bzw. der Preform angebracht; grundsätzlich können die Markierungen an jeder Stelle der

Bauplattform/Preform angebracht sein, die von dem Laserstrahl in dem

Bearbeitungsfeld erreicht werden kann. Es versteht sich, dass auch zwei oder mehr Preforms an der Bauplattform fixiert werden können, die ggf. mit eigenen

Markierungen versehen sind. Das Korrigieren der Positionierung des Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld kann auf die weiter oben beschriebene Weise erfolgen. Für die automatisierte Korrektur der Position der Bauplattform, insbesondere von deren Verkippung in Bezug auf die Bearbeitungsebene, kann die Steuerungseinrichtung mit Hilfe von Aktuatoren auf geeignete Stelleinrichtungen, z.B. in Form von

Stellschrauben, einwirken.

Bei einer Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsmaschine eine

Abstandsmesseinrichtung, insbesondere einen Triangulationslaser, die zur

Ermittlung einer Verkippung der Bauplattform und/oder der Preform relativ zur Bearbeitungsebene der Bearbeitungsmaschine ausgebildet ist, wobei die

Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, die durch die Abstandsmesseinrichtung ermittelte Verkippung der Bauplattform und/oder der Preform relativ zur

Bearbeitungsebene zu korrigieren. Die Abstandsmesseinrichtung kann einen

Triangulationslaser als Sender sowie einen Empfänger aufweisen, welcher den Abstand zur Bauplattform und/oder zur Preform an mehreren Positionen bestimmt und daraus die Verkippung der Bauplattform und/oder der Preform relativ zur Bearbeitungsebene bzw. zu einer zu dieser parallelen, typischerweise horizontalen Ebene bestimmt. Als T riangulationslaser kann ggf. der Arbeitslaser oder ein Pilot- Laser verwendet werden, es ist aber auch möglich, dass die Bearbeitungsmaschine einen zusätzlichen Laser aufweist, der als Triangulationslaser dient. Die

Abstandsmesseinrichtung benötigt nicht zwingend einen Laser, vielmehr kann es ausreichend sein, wenn eine statische Linienprojektion auf die Bauplattform/Preform erfolgt und diese mittels einer Bilderfassungseinrichtung und Bildauswertung ausgewertet wird, um die Verkippung der Bauplattform und/oder der Preform relativ zur Bearbeitungsebene relativ zur Bearbeitungsebene zu ermitteln.

Die Verwendung der Abstandsmesseinrichtung ist bei Preformen, die eine

vergleichsweise große Höhe und/oder eine ungünstige Geometrie aufweisen, ggf. nicht ohne weiteres möglich, da in diesem Fall der von dem Triangulationslaser erzeugte Triangulations-Laserstrahl durch die Preform abgeschattet wird. Der Triangulationslaser bildet typischerweise einen Teil der Bestrahlungseinrichtung und ist somit oberhalb der Bearbeitungskammer bzw. der Bauplattform/Preform angeordnet. Die Abschattung des Triangulations-Laserstrahls tritt allerdings typischerweise nur dann auf, wenn die Markierungen an der Bauplattform und nicht an der Preform angebracht sind, da die Markierungen für die Kalibrierung

typischerweise in bzw. in der Nähe der Bearbeitungsebene positioniert werden. Für den Fall, dass die Markierungen an der Oberseite der Preform angebracht sind, lässt sich bei vielen Geometrien der Preform dieser Nachteil ausgleichen.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, Abweichungen zwischen einem jeweiligen Soll-Abstand und einem jeweiligen Ist- Abstand von jeweils zwei von mindestens drei bevorzugt in einem Dreieck angeordneten Markierungen zu ermitteln, und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, anhand der ermittelten Abweichungen eine Verkippung der Bauplattform und/oder der Preform relativ zur Bearbeitungsebene zu korrigieren. Bei dieser Ausführungsform werden die Ist-Abstände und die Soll-Abstände zwischen den Markierungen ermittelt, um anhand der Abweichungen die Verkippung der

Bauplattform/Preform in Bezug auf die Bearbeitungsebene zu ermitteln und erforderlichenfalls zu korrigieren. Im Gegensatz zu der weiter oben beschriebenen Ermittlung der Verkippung durch Triangulation kann auf eine zusätzliche

Abstandsmesseinrichtung verzichtet werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Retroreflektor als dreidimensionales Objekt, insbesondere als Kugel, ausgebildet. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann durch eine Markierung in Form eines solchen Retroreflektors die Präzision bei der Ermittlung der Ist-Position des Retroreflektors deutlich gesteigert werden. Bei einer Weiterbildung ist die (transparente) Kugel aus Quarzglas oder aus Saphir gebildet und/oder diese weist einen Durchmesser von weniger als 5 mm auf. Der Durchmesser der Kugel kann beispielsweise zwischen ca. 0,5 mm und 5 mm liegen, wobei bei kleinerem Durchmesser der Kugel in der Regel eine höhere Auflösung bei der Ermittlung der Ist-Position des Retroreflektors erreicht werden kann als bei einem größeren Durchmesser der Kugel. Bei der Verwendung eines nicht ortsauflösenden Detektors zur Detektion der in die Scannereinrichtung zurück reflektierten Laserstrahlung wird von diesem

zwangsläufig nur in einem bestimmten Winkelbereich zurückreflektierte

Laserstrahlung detektiert, wobei der Winkelbereich aufgrund der Anordnung des Detektors (in der Regel koaxial zum Strahlengang des Laserstrahls) mit der Einfallsund Ausfallsrichtung des Laserstrahls auf den Retroreflektor überlagert ist. Die Auflösung bei der Bestimmung des Strahlprofils hängt daher bei der Verwendung einer Kugel als Retroreflektor neben der Größe bzw. dem Durchmesser der Kugel (s.o.) auch davon ab, wo der Fokus der in die Kugel eindringenden Laserstrahlung sich befindet: Liegt der Fokus aufgrund des Brechungsindexes des transparenten Materials der Kugel direkt auf der Rückseite der Kugel, wird die Laserstrahlung zu einem großen Teil in einen engen Winkelbereich um die Einfallsrichtung des

Laserstrahls zurück reflektiert, so dass die Auflösung des Messverfahrens

vergleichsweise gering ist. Ist der Brechungsindex der Kugel größer oder kleiner als der Wert, bei dem der Fokus sich direkt auf der Rückseite der Kugel befindet, so dass der Laserstrahl vor oder hinter der Rückseite der Kugel fokussiert wird, weitet sich die zurück reflektierte Laserstrahlung leicht auf, so dass jeweils nur ein Bruchteil der zurück reflektierten Laserstrahlung detektiert wird, der typischerweise im

Wesentlichen zentrisch in die Kugel einfällt, so dass die Ist-Position des

Retroreflektors beim scannenden Überfahren mit einer höheren Auflösung bestimmt werden kann.

Der Brechungsindex, bei dem der Fokus ungefähr an der Rückseite der Kugel liegt, liegt ungefähr bei n = 2,0. Bevorzugt ist die Kugel aus Quarzglas (S1O2) oder aus Saphir (AI2O3) gebildet, da beide Materialien einen vergleichsweise geringen

Brechungsindex aufweisen, so dass der Fokus des Laserstrahls sich in diesem Fall hinter der Rückseite der Kugel befindet. Insbesondere Quarzglas, welches über einen vergleichsweise großen Wellenlängenbereich einen vergleichsweise kleinen Brechungsindex von ungefähr n = 1 ,54 aufweist, hat sich als vorteilhaft für die Durchführung des Verfahrens erwiesen. Es versteht sich aber, dass auch andere Materialien, beispielsweise andere Gläser, als Kugel-Materialien verwendet werden können. Auch können ggf. Materialien, welche einen vergleichsweise großen

Brechungsindex aufweisen, z.B. Diamant mit n = 2,42, als Materialien für die Kugel verwendet werden, da in diesem Fall der Fokus vor der Kugel rückseite liegt und die zurück reflektierte Laserstrahlung ebenfalls aufgeweitet wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Kugel in einer Fassung aufgenommen, die bevorzugt ein Schraubgewinde zur Fixierung in einer Passschraube einer Bohrung der Bauplattform und/oder der Preform aufweist. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann die Fassung einen Präzisionspassbund zur Erhöhung der Genauigkeit der lateralen Positionierung der Kugel an der Bauplattform/Preform aufweisen. Die Fassung, insbesondere der Präzisionspassbund, weist

typischerweise einen axialen Anschlag auf, der in einem genau vorgegebenen Abstand zur Mitte der Kugel angeordnet ist. Die Passschraube weist typischerweise ebenfalls einen in einem präzise vorgegebenen Abstand zur Oberseite der

Bauplattform/Preform angebrachten axialen Anschlag in Form eines Absatzes oder dergleichen auf.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Fassung mindestens eine Öffnung zum Austritt eines Strahlungsanteils des Laserstrahls auf. Durch die mindestens eine Öffnung können Strahlungsanteile des Laserstrahls aus der Fassung austreten, die ansonsten von der Fassung absorbiert und zu einer unerwünschten Erwärmung der Fassung führen würden.

Bei einerweiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, einen Abstand in Höhenrichtung zwischen mindestens einer der Markierungen und der Scannereinrichtung, bevorzugt einem Drehpunkt der Scannereinrichtung zur Ausrichtung des Laserstrahls unter einem Winkel auf die mindestens eine

Markierung, durch Triangulation zu bestimmen. Bei dieser Ausführungsform wird der Abstand der Markierung(en) zur Scannereinrichtung uns somit zu einer definierten Höhenposition in der Bearbeitungsmaschine bestimmt. Anhand dieses Abstandes kann selbstverständlich auch ein Abstand der Markierung(en) in Höhenrichtung zu einer anderen definierten Höhenposition in der Bearbeitungsmaschine,

beispielsweise der Höhenposition der Bearbeitungsebene, bestimmt bzw. berechnet werden. Für die Bestimmung des Abstandes in Höhenrichtung ist es ausreichend, wenn der Winkel, unter dem die Markierung beobachtet wird, bekannt ist, d.h. die Bestimmung der Koordinaten der Ist-Position der Markierung in dem Bearbeitungsfeld ist nicht erforderlich. Der Laserstrahl kann auf die weiter oben beschriebene Weise, d.h. durch das Überfahren der Markierungen und das

Detektieren der hierbei in die Scannereinrichtung zurück reflektierten Laserstrahlung auf die jeweilige Markierung ausgerichtet werden, so dass der (Dreh-)Winkel des Laserstrahls beim Ausrichten auf die Markierung bestimmt werden kann.

Bei einer Weiterbildung ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, zum Bestimmen des Abstands die höhenversteilbare Bauplattform in Höhenrichtung zu verschieben und den Abstand anhand einer Verfahrstrecke der Bauplattform zwischen einer ersten Höhenposition und einer zweiten Höhenposition und bevorzugt anhand eines Winkels, unter dem der Laserstrahl an einer jeweiligen Höhenposition auf die mindestens eine Markierung ausgerichtet ist, durch Triangulation zu bestimmen. Für die Triangulation werden neben der Verfahrstrecke bzw. der Höhendifferenz in der Regel auch die beiden Winkel von einem gemeinsamen Bezugspunkt, beispielsweise von dem Drehpunkt, zu ein- und derselben Markierung herangezogen. Im

vorliegenden Fall kann der Abstand der Markierung bei der ersten Höhenposition der Bauplattform zu der Scannereinrichtung durch Triangulation bestimmt werden. Es ist aber ebenso möglich, den Abstand zwischen der Markierung bei der zweiten

Höhenposition der Bauplattform und der Scannereinrichtung zu bestimmen.

Bei einer weiteren Weiterbildung weist die Bearbeitungsmaschine eine weitere Scannereinrichtung zur Ausrichtung eines weiteren Laserstrahls auf ein weiteres Bearbeitungsfeld auf, das in der Bearbeitungskammer gebildet ist und die und/oder eine weitere Steuerungseinrichtung (der weiteren Scannereinrichtung bzw. einer weiteren Bestrahlungseinrichtung) ist ausgebildet, zum Bestimmen des Abstands den weiteren Laserstrahl der weiteren Scannereinrichtung auf die Markierung auszurichten und den Abstand anhand einer Distanz der Scannereinrichtung zu der weiteren Scannereinrichtung, bevorzugt anhand einer Distanz des Drehpunkts der Scannereinrichtung zu einem Drehpunkt der weiteren Scannereinrichtung, sowie anhand eines jeweiligen Winkels, unter dem der Laserstrahl und der weitere

Laserstrahl auf die mindestens eine Markierung ausgerichtet sind, durch

Triangulation zu bestimmen.

In diesem Fall weist die Bearbeitungsmaschine zwei oder mehr Scannereinrichtungen auf, die Teil von zwei oder mehr Bestrahlungseinrichtungen sein können, die jeweils zur Bestrahlung eines in der Bearbeitungskammer gebildeten Bearbeitungsfeldes dienen. Die zwei oder mehr Bearbeitungsfelder der Scannereinrichtungen überlappen sich in der Regel zumindest teilweise, so dass zumindest eine, ggf. mehrere der Markierungen von zwei oder mehr Laserstrahlen, die von zwei unterschiedlichen Scannereinrichtungen auf das Bearbeitungsfeld ausgerichtet werden, überfahren werden und ein jeweiliger (Dreh-)Winkel, unter dem der Laserstrahl auf die Markierung ausgerichtet ist, bestimmt werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Detektor als nicht ortsauflösender Detektor, insbesondere als Diode, ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform handelt sich bei dem Detektor somit nicht um einen ortsauflösenden Detektor. Die Detektion der Intensität der Laserstrahlung mittels eines nicht ortsauflösenden Detektors ist im vorliegenden Fall ausreichend, da die Position des Laserstrahls in dem

Bearbeitungsfeld mit Hilfe der Scannereinrichtung, die typischerweise einen oder zwei Galvanometer-Spiegel aufweist, sehr präzise variiert werden kann. Ein Detektor in Form einer Diode kann ohnehin zur Prozessbeobachtung bei der Herstellung des dreidimensionalen Bauteils in der Bearbeitungsmaschine vorhanden sein, so dass dieser zusätzlich auch vorteilhaft für die Kalibration der Bearbeitungsmaschine eingesetzt werden kann. Es versteht sich, dass die (Foto-)Diode für den

Wellenlängenbereich des Laserstrahls, der für die Kalibration verwendet wird, eine hohe Empfindlichkeit aufweist. Aufgrund der präzisen Positionierung des Laserstrahl- Fokus auf der Bauplattform/Preform mit einer Positionsgenauigkeit im Bereich von Mikrometern oder ggf. im Sub-Mikrometer-Bereich lässt sich in diesem Fall die Ist- Position der Retroreflektoren sehr präzise ermitteln.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschlie- ßende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen: Fig. 1 a,b schematische Darstellungen einer Bearbeitungsmaschine zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen, die eine Bauplattform mit einer Preform aufweist, an der zwei Retroreflektoren angebracht sind,

Fig. 2 eine Darstellung der Oberseite einer Bauplattform, an der drei

Markierungen in Form von Retroreflektoren angebracht sind, welche die Eckpunkte eines Dreiecks bilden,

Fig. 3 eine Darstellung der Veränderung einer Ist-Position des ersten

Retroreflektors von Fig. 2 bei einer Verkippung der Bauplattform aus einer Bearbeitungsebene,

Fig. 4 eine teilweise Schnitt-Darstellung eines Retroreflektors in Form einer transparenten Kugel, die in einer Fassung aufgenommen ist, sowie

Fig. 5a-c schematische Darstellungen von mehreren Dreiecken zur Bestimmung eines Abstands in Höhenrichtung zwischen zwei Markierungen und einem Drehpunkt einer Scannereinrichtung durch Triangulation.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw.

funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1a zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Bearbeitungsmaschine 1 zum

Herstellen eines nicht bildlich dargestellten dreidimensionalen Bauteils. Die

Bearbeitungsmaschine 1 weist eine höhenverstellbare Bauplattform 2 auf, auf der Pulverschichten aufgebracht werden können, um das dreidimensionale Bauteil schichtweise aufzu bauen. Im gezeigten Beispiel ist an der Bauplattform 2 eine Preform 3 fixiert, die ein Unterteil des herzustellenden Bauteils bildet. Das in der Regel metallische Material der Preform 3 ist so gewählt, dass sich dieses beim lokalen Bestrahlen und lokalen Aufschmelzen der Pulverschichten mit dem in der Regel ebenfalls metallischen Pulvermaterial verbindet. Die Fixierung der Preform 3 an der Bauplattform 2 ist durch eine nicht näher dargestellte Klemmverbindung realisiert. Für die Bestrahlung der Pulverschichten weist die Bearbeitungsmaschine 1 eine Bestrahlungseinrichtung 4 auf, die eine Laserquelle 5 in Form eines Faserlasers zur Erzeugung eines Laserstrahls 6 aufweist, der über ein Lichtleitkabel 7 und eine Kollimationseinrichtung 8 auf einen Umlenkspiegel 9 geführt wird. Bei dem

Laserstrahl 6 handelt es sich im gezeigten Beispiel um einen Pilot-Laserstrahl, der für die Kalibration verwendet wird (s.u.). Für die Bestrahlung bzw. zum lokalen Aufschmelzen der Pulverschichten wird ein Bearbeitungs-Laserstrahl mit höherer Leistung verwendet, der ebenfalls von der Laserquelle 5 in Form des Faserlasers erzeugt wird. Im gezeigten Beispiel weist der Pilot-Laserstrahl 6 eine Wellenlänge auf, die sich von der Wellenlänge des Bearbeitungs-Laserstrahls unterscheidet. Der Umlenkspiegel 9 weist bei dem in Fig. 1a gezeigten Beispiel eine dielektrische Beschichtung mit einer Reflektivität von mehr als ca. 99,9 % für die Wellenlänge des Bearbeitungs-Laserstrahls und eine Reflektivität von ca. 30 % bis ca. 80 % für die Wellenlänge des Pilot-Laserstrahls 6 auf, so dass ein signifikanter Anteil der Intensität des Pilot- Laserstrahls 6 an dem Umlenkspiegel 9 zu einer

Fokussiereinrichtung 10 umgelenkt wird.

Der Laserstrahl 6 durchläuft nach der Fokussiereinrichtung 10 eine

Scannereinrichtung 11 , die zwei Scannerspiegel 12a, 12b in Form von

Galvanometer-Spiegeln aufweist. Die Scannereinrichtung 11 dient zur Positionierung des Laserstrahls 6 in einem Bearbeitungsfeld 13 der Scannereinrichtung 11 , das durch eine maximale Winkel-Auslenkung der Scannerspiegel 12a, 12b begrenzt ist und bei dem in Fig. 1 a gezeigten Beispiel im Wesentlichen der lateralen Erstreckung des Pulverbetts bzw. der Bauplattform 2 entspricht. Die Fokussiereinrichtung 10 fokussiert den Laserstrahl 6 in einer Bearbeitungsebene 14, welche einer XY-Ebene eines XYZ-Koordinatensystems entspricht, in der sich bei der Herstellung des dreidimensionalen Bauteils die oberste der Pulverschichten bzw. die Oberseite des Pulverbetts befindet, die von dem Laserstrahl 6 bzw. dem Bearbeitungs-Laserstrahl aufgeschmolzen wird.

Wie in Fig. 1a ebenfalls zu erkennen ist, ist die Bauplattform 2 mittels eines nicht bildlich dargestellten Antriebs in Z-Richtung verschiebbar bzw. höhenverstellbar. Die Bauplattform 2 ist in einer Bearbeitungskammer 15 mit einem Fenster 16 angeordnet, durch das der Laserstrahl 6 in die Bearbeitungskammer 15 eingestrahlt wird. Da die Bearbeitungsebene 14 bzw. die Fokusebene der Scannereinrichtung 1 1 , in dem das Pulvermaterial aufgeschmolzen wird, bei der Herstellung des

dreidimensionalen Bauteils in konstantem Abstand zur Scannereinrichtung 11 verbleibt, wird zum Aufträgen einer neuen Pulverschicht die Bau Plattform 2 um die Dicke einer Pulverschicht abgesenkt.

Neues Pulvermaterial 17 wird mit Hilfe eines nicht bildlich dargestellten Schieber- Arms aus einem ebenfalls in der Bearbeitungskammer 15 angeordneten

Pulverreservoir 18 entnommen und in den Bereich eines Pulverbetts verbracht, das sich bei der Herstellung des dreidimensionalen Bauteils oberhalb der Bauplattform 2 in einem die Bauplattform 2 umgebenden Bauzylinder befindet. Bei der in Fig. 1a gezeigten Darstellung ist die Bearbeitungsmaschine 1 in einem Zustand vor der Herstellung des dreidimensionalen Bauteils gezeigt, bei dem sich noch kein

Pulvermaterial 17 auf der Bauplattform 2 befindet, was es ermöglicht, die

Bearbeitungsmaschine 1 zu kalibrieren.

Zu diesem Zweck sind bei dem in Fig. 1 a gezeigten Beispiel an der Preform 3 zwei Retroreflektoren 19a, 19b in Form eines dreidimensionalen Objekts, genauer gesagt in Form einer transparenten Kugel aus Saphir (AI2O3), angebracht. Die beiden Retroreflektoren 19a, 19b sind jeweils benachbart zum äußeren Rand der im

Wesentlichen piattenförmigen Preform 3 an einander diametral gegenüberliegenden Seiten der Preform 3 angebracht. Die Preform 3, genauer gesagt die Oberseite 3a der Preform 3, ist für die Kalibrierung ungefähr auf Höhe der Bearbeitungsebene 14 angeordnet. Es versteht sich, dass die Retroreflektoren 19a,b auch an anderen Stellen an der Preform 3 befestigt werden können.

Die Retroreflektoren 19a,b in Form der Kugeln weisen im gezeigten Beispiel einen Durchmesser von ca. 4 mm auf und reflektieren Laserstrahlung 20, die einen Anteil von z.B. mehr als 5 % der Intensität des Laserstrahls 6 ausmacht, zurück in die Scannereinrichtung 11. Der Durchmesser eines jeweiligen Retroreflektors 19a,b in Form der Kugel kann auch kleiner sein als 1 mm, beispielsweise bei ca. 100 pm oder weniger liegen. Aus Handhabungsgründen ist es aber vorteilhaft, wenn die

Retroreflektoren 19a,b einen Durchmesser von ca. 1 mm oder darüber aufweisen. Bei dem in Fig. 1a gezeigten Beispiel trifft der Laserstrahl 6 im Wesentlichen senkrecht zur Bearbeitungsebene 14, in der auch die jeweiligen Pulverschichten verlaufen, auf den ersten Retroreflektor 19a auf, es versteht sich aber, dass an dem ersten Retroreflektor 19a auch bei einer von einem senkrechten Einfall

abweichenden Einfallsrichtung des Laserstrahls 6 ein erheblicher Strahlungsanteil des Laserstrahls 6 von typischerweise mehr als ca. 5 %, ggf. von mehr als ca. 90%, zur Scannereinrichtung 11 zurück reflektiert wird.

Die zurückreflektierte Laserstrahlung 20 durchläuft die Scannereinrichtung 11 sowie die Fokussiereinrichtung 10 in umgekehrter Richtung zum Laserstrahl 6 und trifft auf den Umlenkspiegel 9. An dem Umlenkspiegel 9 wird ein geringer Anteil der zurückreflektierten Laserstrahlung 20 transmittiert und mit Hilfe einer

Abbildungseinrichtung 21 , die bei dem in Fig. 1 a gezeigten Beispiel als Linse ausgebildet ist, auf einen Detektor 22 in Form einer Fotodiode abgebildet bzw.

fokussiert. Der Detektor 22 bzw. die Fotodiode ist koaxial zum Strahiengang des Laserstrahls 6 angeordnet und detektiert im Wesentlichen Laserstrahlung 20, die von einer Ist-Position Xpi, YPI des Laserstrahls 6 in dem Bearbeitungsfeld 13 ausgeht, an der bei dem in Fig. 1a gezeigten Beispiel der erste Retroreflektor 19a angeordnet ist und die von diesem zur Scannereinrichtung 11 zurück reflektiert wird, d.h. die Ist- Position Xpi, Ypi des Laserstrahls 6 stimmt mit der Ist-Position XPI, YPI des ersten Retroreflektors 19a überein.

Die Ist-Position XPI , YPI des ersten Retroreflektors 19a kann von einer Soll-Position Xsi, Ysi abweichen, die der Scannereinrichtung 11 von einer Steuerungseinrichtung 23 vorgegeben wird, wenn die Preform 3 von einer Soll-Position und/oder von einer Soll-Ausrichtung in der Bearbeitungsmaschine 1 abweicht. In der Soll-Ausrichtung ist die Preform 3, genauer gesagt deren Oberseite 3a, parallel zur Bearbeitungsebene 14 ausgerichtet. In der Soll-Position befindet sich die Preform 3 in einer

vorgegebenen lateralen Position relativ zum ortsfesten Koord i natensystem der Bearbeitungsmaschine 1 und weist eine vorgegebene Orientierung relativ zu dem ortsfesten Koordinatensystem auf.

Um einen möglichst präzisen Anschluss des dreidimensionalen Bauteils beim Aufbauen auf die Preform 3 zu ermöglichen, d.h. um die Kontur des auf der Preform 3 aufgebauten Abschnitt des Bauteils möglichst präzise an eine durch die Preform 3 vorgegebene Kontur anzuschließen, ist es erforderlich, die Lage bzw. die

Positionierung der Preform 3 relativ zum Koordinatensystem der Scannereinrichtung

11 bzw. zum ortsfesten Koordinatensystem der Bearbeitungsmaschine 1 zu kennen und eine Kalibrierung vorzunehmen, bei der Abweichungen von der Soll-Position und der Soll-Ausrichtung der Preform 3 korrigiert werden können. Für die Korrektur können beispielsweise die Positionen bzw. die Bauteil-Koordinaten des

dreidimensionalen Bauteils, weiches auf der Preform 3 aufgebaut werden soll, an das Koordinatensystem angepasst werden, welches durch die Preform 3 vorgegeben wird, d.h. die jeweiligen Soll-Positionen, die dem Laserstrahl 6 zur Herstellung des dreidimensionalen Bauteils vorgegeben werden, können entsprechend korrigiert werden. Zu diesem Zweck ist eine Kalibration erforderlich, d.h. es ist erforderlich, die Lage der Preform 3 im Raum möglichst präzise zu bestimmen.

Um dies zu erreichen, kann wie nachfolgend beschrieben vorgegangen werden: Der Scannereinrichtung 11 wird eine Soll-Position Xsi, Ysi vorgegeben, an welcher der erste Retroreflektor 19a nominell, d.h. bei der gewünschten Anordnung der Preform 3 im Raum, angeordnet ist. Mittels des Laserstrahls 6 wird ein vorgegebener Suchbereich 24 um die Soll-Position Xsi, Ysi des ersten Retroreflektors 19a grob, d.h. mit einer vergleichsweise geringen Auflösung, mittels des Laserstahls 6 abgescannt. Bei dem in Fig. 1a gezeigten Beispiel ist der Suchbereich 24

quadratisch ausgebildet, wobei sich die Soll-Position Xsi, Ysi des ersten

Retroreflektors 19a im Zentrum befindet, es kann aber auch ein Suchbereich 24 mit einer anderen Geometrie, z.B. ein rechteckiger oder kreisförmiger Suchbereich 24 verwendet werden.

Wird der Retroreflektor 19a detektiert, beispielsweise weil die gemessene Intensität I der zurück reflektierten Laserstrahlung 20 oberhalb eines Schwellwerts liegt, scannt die Scannereinrichtung 11 mit dem Laserstrahl 6 einen kleineren Bereich des Bearbeitungsfeldes 13 um die Soll-Position Xsi, Ysi des ersten Retroreflektors 19a herum mit einer größeren Auflösung ab, wobei jeweils die zurück reflektierte

Laserstrahlung 20 detektiert wird, d.h. der Laserstrahl 6 überfährt den ersten

Retroreflektor 19a mehrfach in einer scannenden Bewegung. Die Ist-Position XPI,

YPI des ersten Retroreflektors 19a wird anhand der Intensitätsverteilung l(X, Y) der detektierten Laserstrahlung 20 in einer Auswerteeinrichtung 25 ermittelt. Die

Ermittlung der Ist-Position XPI , YPI des ersten Retroreflektors 19a kann

beispielsweise auf die nachfolgend beschriebene Weise erfolgen:

Zunächst wird von der Auswerteeinrichtung 25 die zweidimensionale

Intensitätsverteilung l(X,Y) (Bitmap) der beim mehrfachen Überfahren des ersten Retroreflektors 19a detektierten Laserstrahlung 20 aufgenommen. In Fig. 1a ist beispielhaft die beim Abscannen des ersten Retroreflektors 19a aufgenommene eindimensionale Intensitätsverteilung l(X) dargestellt, die durch das Zentrum der zweidimensionalen Intensitätsverteilung l(X, Y) verläuft. Mit Hilfe eines

Bildauswertealgorithmus wird ein Intensitätsschwerpunkt der Intensitätsverteilung l(X, Y) bestimmt, der bei dem in Fig. 1a gezeigten Beispiel, bei dem der Laserstrahl 6 eine rotationssymmetrische Intensitätsverteilung l(X, Y) aufweist, dem

Intensitätsmaximum in X-Richtung sowie in Y-Richtung entspricht. Der Schwerpunkt der Intensitätsverteilung l(X, Y) der detektierten Laserstrahlung 20 bildet die Ist- Position XPI , YPI des ersten Retroreflektors 19a. Auf entsprechende Weise kann auch die Ist-Position Xp2, Y 2 des zweiten Retroreflektors 19b ermittelt werden. Die Auswerteeinrichtung 25 übermittelt die Ist-Positionen Xp-i, YPI ; XP2, YP2 der beiden Retroreflektoren 19a,b an die Steuerungseinrichtung 23.

In der Steuerungseinrichtung 23 werden Abweichungen der Ist-Positionen XPI , YPI ; XP2, YP2 der beiden Retroreflektoren 19a, b von den der Steuerungseinrichtung 23 vorgegebenen Soll-Positionen XPS, Ysi; Xs2, Ys2 der beiden Retroreflektoren 19a,b ermittelt. Beispielsweise können zu diesem Zweck ein I st-Differenz-Vekto r (XPI - Xp2, YPI - YP2) zwischen den Ist-Positionen XPI , YPI ; XP2, YP2 der beiden Retroreflektoren 19a,b und ein Soll-Differenz-Vektor (Xsi - Xs2, Ysi - Ys2) zwischen den Soll- Positionen Xsi, Ysi; Xs2, Ys2 der beiden Retroreflektoren 19a, b ermittelt werden. Der Winkel zwischen dem I st-D iffe renz-Ve kto r und dem Soll-Differenz-Vektor entspricht in diesem Fall der Verdrehung der Preform 3 aus der Soll-Ausrichtung in der

Bearbeitungsebene 14.

Auch ein lateraler Versatz der Preform 3 relativ zu einer Soll-Position kann ermittelt werden, beispielsweise indem ein erster Differenz-Vektor (XPI - Xsi, YPI - Ysi) zwischen einer Ist-Position XPI , YPI und einer Soll-Position Xsi, Ysi des ersten Retroreflektors 19a und ein zweiter Differenz-Vektor (XP 2 - Xs2, YF>2 - Ys2) zwischen einer Ist-Position XP2, YP2 und einer Soll-Position Xs2, Ys2 des zweiten Retroreflektors 19b bestimmt werden. Der laterale Versatz entspricht der vektoriellen Summe des ersten Differenz-Vektors (XPI - Xsi, YPI - Ysi) und des zweiten Differenz-Vektors (XP2 - Xs2, YP2 - Ys2) geteilt durch die Anzahl der Vektoren (hier: zwei). Die

Kalibrierung kann bei dem hier beschriebenen Beispiel erfolgen, indem die

Positionen bzw. die Orts-Koordinaten, die der Steuerungseinrichtung 23 zur

Herstellung des dreidimensionalen Bauteils vorgegeben werden, geeignet korrigiert werden, beispielsweise indem das Koordinatensystem der Scannereinrichtung 11 an das gegenüber der Soll-Lage gedrehte und/oder verschobene Koord inatensystem der Preform 3, d.h. an die Ist-Positionen XPI , YPI ; XP2, YP2 der beiden

Retroreflektoren 19a,b, angepasst wird.

Eine fehlerfreie Kalibration bzw. Korrektur der Positionierung des Laserstrahls 6 auf die weiter oben beschriebene Weise ist nur möglich, wenn die Preform 3 nivelliert wurde, d.h. wenn die Preform 3 nicht bezüglich der Bearbeitungsebene 14 verkippt ist bzw. wenn die Verkippung der Preform 3 zur Bearbeitungsebene 14 korrigiert wird. Für die Nivellierung weist die in Fig. 1a gezeigte Bearbeitungsmaschine 1 eine Abstandsmesseinrichtung in Form eines T riangulationslasers 26 auf, der einen nicht gezeigten T riangulations-Laserstrahl auf das Bearbeitungsfeld 13 ausrichtet. Der Triangulationslaser 26 nutzt zu diesem Zweck eine Strukturauswertung der bei der Projektion des Triangulations-Laserstrahls in dem Bearbeitungsfeld erzeugten Strukturen, z.B. in Form von Linien, und misst hierbei einen jeweiligen Abstand zwischen der Preform 3 und dem Triangulationslaser 26 bzw. der

Bestrahlungseinrichtung 4. Auf diese Weise kann eine Verkippung der Preform 3 relativ zur Bearbeitungsebene 14 bzw. relativ zu einer zu dieser parallel verlaufenden XY-Ebene ermittelt werden. Die Verkippung der Preform 3 kann nach der weiter oben beschriebenen Bestimmung der Abweichungen in den X- bzw. Y-Koordinaten der Ist-Positionen XPI , YPI ; XP2, YP2 von den Soll-Positionen Xsi, Ysi; Xs2, Ys2 der beiden Retroreflektoren 19a,b ermittelt werden, um die Korrektur der Positionierung des Laserstrahls 9 geeignet anzupassen, in der Regel erfolgt die Ermittlung der Verkippung der Preform 3 aus der Bearbeitungsebene 14, jedoch vor der

Bestimmung der Abweichungen der X- bzw. Y-Koordinaten der beiden

Retroreflektoren 19a,b in der Bearbeitungsebene 14. Die Nivellierung kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Soll-Positionen Xsi, Ysi ; Xs2, Ys2 der beiden Retroreflektoren 19a,b in der Steuerungseinrichtung 23 geeignet zu modifizieren, und zwar derart, als ob die Retroreflektoren 19a,b in der

Bearbeitungsebene 14 angeordnet und nicht in Z-Richtung zu dieser versetzt wären. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Verkippung der Bauplattform 2 relativ zur Bearbeitungsebene 14 zu korrigieren, indem die Steuerungseinrichtung 23 auf geeignete, nicht bildlich dargestellte Stelleinrichtung(en), beispielsweise in Form von Stellschrauben, einwirkt, die an der Bauplattform 2 bzw. in der Nähe der

Bauplattform angebracht sind. Für den Fall, dass die Preform 3 und die Bauplattform 2 nicht gegeneinander verkippt sind, können auf diese Weise nicht nur die

Bauplattform 2, sondern auch die Preform 3 parallel zur Bearbeitungsebene 14 ausgerichtet werden.

Für den Fall, dass die Preform 3 eine verhältnismäßig große Höhe oder ggf. eine ungünstige Geometrie aufweist, welche den T riangulations-Laserstrahl abschattet, kann die Verkippung durch Triangulation nicht ohne weiteres bestimmt werden. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel wird daher Verkippung der Bauplattform 2 relativ zur Bearbeitungsebene 14 anhand von drei Retroreflektoren 19a-c ermittelt. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind die drei Retroreflektoren 19a-c in der Nähe des Außenrandes der kreisförmigen Oberseite 2a der Bauplattform 2 angebracht, und zwar auf einem (gedachten) Kreis 27 und die drei Retroreflektoren 19a-c bilden die drei Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks. Bei dem in Fig. 2 gezeigten vereinfachten Beispiel befinden sich alle drei Retroreflektoren 19a-c an ihren Soll-Positionen Xsi, Ysi, Xs2, Ys2, Xs3, Ysa in der Bearbeitungsebene 14, d.h. die in Fig. 2 gezeigte Bauplattform 3 ist exakt an ihrer Soll-Lage angeordnet und korrekt ausgerichtet.

In diesem Fall entspricht der Soll-Abstand AAB.S zwischen dem ersten und dem zweiten Retroreflektor 19a,b genau dem Ist-Abstand AAB,I zwischen dem ersten und dem zweiten Retroreflektor 19a,b Gleiches gilt für die Soll-Abstände ABC.S, AAC.S und die Ist-Abstände ABC.I, AACJ zwischen dem zweiten und dem dritten Retroreflektor 19b, 19c und dem ersten und dem dritten Retroreflektor 19a, 19c.

Fig. 3 zeigt ein Detail von Fig. 2 in der Nähe des ersten Retroreflektors 19a, und zwar entlang der Verbindungslinie zwischen dem ersten Retroreflektor 19a und dem zweiten Retroreflektor 19b. Mit einer durchgezogenen Linie ist in Fig. 3 die in Fig. 2 dargestellte Ausrichtung der Bauplattform 2 gezeigt, in der die Bauplattform 2 in der Bearbeitungsebene 14 (XY-Ebene) liegt. Gestrichelt sind in Fig. 3 zwei Fälle dargestellt, bei denen die Bauplattform 2 im Bereich des ersten Retroreflektors 19a um einen kleinen Kippwinkel +d nach oben bzw. um einen kleinen Kippwinkel -ö nach unten aus der Bearbeitungsebene 14 verkippt ist.

Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, wird bei einer Verkippung der Bauplattform 2 im

Bereich des ersten Retroreflektors 19a nach oben, d.h. in positiver Z-Richtung (+Dz), die Ist-Position Xpi , Ypi des ersten Retroreflektors 19a in Richtung auf die Ist- bzw. Soll-Position XP2, YP2 des zweiten Retroreflektors 19b verschoben, d.h. der ermittelte Abstand AAB,I zwischen den Ist-Positionen XPI , YPI , XP2, YP2 der beiden

Retroreflektoren 19a,b wird vergrößert. Dies wird von der Scannereinrichtung 11 dadurch erkannt, dass der Ablenkwinkel, den der Laserstrahl 6 an der Ist-Position XPI , YPI des ersten Retroreflektors 19a aufweist, gegenüber dem Fall, dass die Bauplattform 2 in der Bearbeitungsebene 14 angeordnet ist, sich ebenfalls vergrößert.

Entsprechend wird durch eine Verkippung der Bauplattform 2 im Bereich des ersten Retroreflektors 19a nach unten, d.h. in negative Z-Richtung (-Dz), die ermittelte Ist- Position XPI , YPI des ersten Retroreflektors 19a auf die Ist- bzw. die Soll-Position XP2, Y P2 des zweiten Retroreflektors 19b zu bewegt, so dass sich der Ablenkwinkel des Laserstrahls 6 an der Ist-Position XPI , YPI des ersten Retroreflektors 19a und somit der ermittelte Ist-Abstand AAB.I zwischen den beiden Retroreflektoren 19a,b verkleinert.

Wird davon ausgegangen, dass die Kippachse 28 (vgl. Fig. 2) bei der Verkippung der Bauplattform 2 durch den zweiten Retroreflektor 19b verläuft und sich in Y- Richtung, d.h. senkrecht zur Verbindungslinie zwischen den beiden Retroreflektoren 19a, 19b erstreckt, kann anhand der Differenz zwischen dem Ist-Abstand AAB,I und dem Soll-Abstand AAB,S des ersten und des zweiten Retroreflektors 19a,b unmittelbar die Verkippung der Bauplattform 2 bzw. der Kippwinkel +/- d der Bauplattform 2 in der XZ-Ebene bestimmt werden. Es versteht sich, dass im Allgemeinen die Lage der Kippachse 28, um welche die Bauplattform 2 aus der Bearbeitungsebene 14 verkippt wird, nicht bekannt ist.

Anhand der bekannten Soil-Abstände AAB.S, ABC.S, AAC.S der drei Retroreflektoren 19a-c und der ermittelten Ist-Abstände AAB,I, ABC.I, AAC.I der drei Retroreflektoren 19a- c lassen sich aber auch in diesem Fall die Verkippung der Bauplattform 2, d.h.

sowohl der Kippwinkel d als auch die Lage und die Ausrichtung der Kippachse 28 ermitteln. Die Korrektur der Positionierung des Laserstrahls 6 zur Berücksichtigung der Verkippung kann auch in diesem Fall auf die weiter oben im Zusammenhang mit dem Triangulationslaser 26 beschriebene Weise erfolgen.

Die Soll-Positionen Xsi, Ysi, Xs2, Ys2, Xs3, Ysa der drei Retroreflektoren 19a-c, die der Steuerungseinrichtung 23 vorgegeben werden, hängen selbstverständlich nicht nur von der Soll-Position und der Soil-Ausrichtung der Bauplattform 2, sondern auch von deren (ortsfesten) Positionen relativ zur Bauplattform 2 ab. Diese Positionen sind typischerweise bekannt oder können erforderlichenfalls vor dem Kalibrieren ermittelt werden, indem die Bauplattform 2 beispielsweise mit Hilfe einer Koordinaten- Messmaschine vermessen wird, bevor diese in die Bearbeitungsmaschine 1 eingebracht wird. Es versteht sich, dass die Bauplattform 2 nicht wie weiter oben dargestellt einteilig ausgebildet sein muss, sondern ggf. mehrteilig ausgebiidet sein kann, insbesondere kann die Bauplattform 2 ein plattenförmiges Bauteil bilden, das auf einem höhenverstellbaren Kolben fixiert, beispielsweise aufgeschraubt ist.

Fig. 4 zeigt einen Retrorefiektor 19a in Form einer transparenten Kugel aus Saphir, die in einer Fassung 30 aufgenommen ist. Die Fassung 30 weist ein

Schraubgewinde 31 auf, um die Fassung 30 in einer in Fig. 1 a dargestellten

Gewindebohrung 32 der Preform 2 zu fixieren bzw. um die Fassung 30 in der Gewindebohrung 32 festzuschrauben. Die Fassung 30 weist einen

Präzisionspassbund 33 zur Erhöhung der Genauigkeit der lateralen Positionierung der Kugel 19a bzw. der Fassung 30 in der Gewindebohrung 32 der Preform 3 auf.

Die Fassung 30 weist auch einen axialen End-Anschlag 34 an der Unterseite des Passbundes 33 auf, relativ zu dem die Mitte der Kugel 19a in einer vorgegebenen Höhe h positioniert ist. Bei der Gewindebohrung 32 handelt es sich um eine

Sackbohrung mit einem Absatz, der ebenfalls einen vorgegebenen Abstand zur Oberseite 3a der Preform 3 aufweist. Auf diese Weise kann die Oberseite der Kugel 19a in einem Abstand von wenigen 1/10 mm von der Oberseite 3a der Preform 3 positioniert werden. Wie in Fig. 4 ebenfalls zu erkennen ist, steht die Kugel 19a hierbei geringfügig nach oben über die Fassung 30 über, um den Eintritt des

Laserstrahls 6 aus unterschiedlichen Richtungen zu ermöglichen.

Wie in Fig. 4 ebenfalls zu erkennen ist, weist die Fassung 30 entlang ihres Umfangs verteilte Öffnungen 35 zum Austritt von Strahlungsanteilen des Laserstrahls 6 auf, um eine Absorption des Laserstrahls 6 in der Fassung 30 und eine mit dieser verbundene Erwärmung möglichst zu minimieren. Die transparente Kugel 19a wird in der Fassung 30 im gezeigten Beispiel durch eine thermisch induzierte Spannung gefasst. Zu diesem Zweck wird die Fassung 30 beim Einsetzen der Kugel 19a auf ca. 80°C erwärmt. Um die Spannung der Fassung 30 während des Betriebs der

Bearbeitungsmaschine 1 nicht zu verlieren, ist die Fassung 30 im gezeigten Beispiel aus Kovar gebildet, welches einen zu Saphir praktisch identischen linearen thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.

Es versteht sich, dass die Kugeln 19a-c in analoger Weise an der Bauplattform 2 angebracht werden können. Für die ortsfeste Anbringung der Retroreflektoren 19a-c, beispielsweise in Form der Kugeln, kann aber auch eine andere Art der - lösbaren oder unlösbaren - Befestigung gewählt werden, die eine präzise Positionierung der Retroreflektoren 19a-c ermöglicht. An Stelle von transparenten Kugeln können ggf. auch Kugeln aus einem Material verwendet werden, das für den Laserstrahl nicht transparent ist, sofern die (Retro-)Reflexion an der Oberseite der Kugel erfolgt. An Stelle von Retroreflektoren 19a-c können auch andere Arten von Markierungen verwendet werden, die nicht zwingend retroreflektierende Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei den Markierungen um Flächenbereiche in Form einer Beschichtung handeln, die auf ein Substrat aufgebracht sind, welches an der Bau Plattform 2 oder an der Preform 3 angebracht wird. Die Markierungen in Form der Flächenbereiche werden anhand mindestens einer unterschiedlichen Eigenschaft eines angrenzenden Flächenbereichs detektiert, bei dem es sich beispielsweise um einen Abschnitt des Substrats handeln kann.

Für das Kalibrieren der Bearbeitungsmaschine 1 ist es erforderlich, eine Referenz- Höhenposition (Nulllage) der Bauplattform 2 in einer Höhenrichtung Z (im Folgenden: Z-Richtung) absolut, d.h. in Bezug auf eine vorgegebene Höhen-Referenz der Bearbeitungsmaschine 1 zu bestimmen. Zu diesem Zweck können ebenfalls die Markierungen in Form der Retroreflektoren 19a-c verwendet werden, und zwar indem ein Abstand h einer oder mehrerer der Retroreflektoren 19a-c in Bezug auf die vorgegebene Höhen-Referenz bestimmt wird, bei der es sich beispielsweise um einen Drehpunkt D1 der Scannereinrichtung 11 handeln kann, dessen Höhenposition in Bezug auf die Bearbeitungsmaschine 1 bzw. auf deren Maschinenrahmen bekannt ist. Es versteht sich, dass die Bestimmung des Abstandes h zu dem Drehpunkt D1 äquivalent zur Bestimmung des Abstandes zu einer anderen Höhen-Referenz ist, deren Höhenposition in der Bearbeitungsmaschine 1 bekannt ist.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 5a-c anhand eines zur Vereinfachung der Darstellung zweidimensionalen Falls die Bestimmung des Abstandes h zwischen zwei der Retroreflektoren 19a, 19b, die in einer gemeinsamen Ebene parallel zur Bearbeitungsebene 14 angeordnet sind, zum Drehpunkt D1 der Scannereinrichtung 11 beschrieben. Zur Vereinfachung wird angenommen, dass die beiden

Retroreflektoren 19a, 19b und der Drehpunkt D1 in der XZ-Ebene liegen. In diesem vereinfachten Beispiel wird der Laserstrahl 6 mittels eines der Scannerspiegel 12a um eine den Drehpunkt D1 enthaltende, in Y-Richtung verlaufende Drehachse gedreht, um diesen auf das Bearbeitungsfeld 13 auszurichten.

Für die Bestimmung des Abstandes h in Z-Richtung wird der erste Scannerspiegel 12a zunächst um den Drehpunkt D1 der Scannereinrichtung 11 gedreht, bis der Laserstrahl 6 unter einem Winkel a ausgerichtet ist, unter dem der Laserstrahl 6 auf den ersten Retroreflektor 19a auftrifft. Die Ausrichtung des Laserstrahls 6 auf den ersten Retroreflektor 19a wird wie weiter oben beschrieben durch das Detektieren von in die Scannereinrichtung 11 zurück reflektierter Laserstrahlung 20 erkannt.

In einem nachfolgenden Schritt wird der erste Scannerspiegel 12a um den Drehpunkt D1 gedreht, bis der Laserstrahl 6 unter einem zweiten (Blick-)Winkel ß ausgerichtet ist, unter dem der Laserstrahl 6 auf den zweiten Retroreflektor 19b trifft. Wie sich aus der Darstellung in Fig. 5a ergibt, kann der Abstand h in Z-Richtung durch eine klassische Triangulation unter Berücksichtigung des Abstandes AAB zwischen den beiden Markierungen 19a, 19b, der senkrecht zur Höhenrichtung verläuft, gemäß folgender Formel bestimmt werden: h = AAB / (tan (a) + tan (ß)) (1 ) Bei der Bestimmung des Abstandes h in Z-Richtung auf die in Fig. 5a beschriebene Weise besteht jedoch das Problem, dass der Abstand AAB zwischen den beiden Retroreflektoren 19a, 19b nicht präzise bestimmt werden kann, da die

Retroreflektoren 19a, 19b wie weiter oben beschrieben wurde in Form der Kugeln ausgebildet und in eine jeweilige Fassung 30 eingebracht sind, die über ein

Schraubgewinde 31 in einer Gewindebohrung 32 der Preform 3 bzw. der

Bauplattform 2 fixiert sind. Der Abstand AAB zwischen den beiden Retroreflektoren 19a, 19b ist daher mit einer vergleichsweise großen Messungenauigkeit belastet. Um diese Messungenauigkeit zu eliminieren, kann die Messung auf die nachfolgend in Zusammenhang mit Fig. 5b, c beschriebene Weise durchgeführt werden: Dor wird für die Bestimmung des Abstandes h in Z-Richtung an Stelle des Abstands AAB zwischen den beiden Retroreflektoren 19a, 19b eine andere Längen-Größe für die Triangulation verwendet, die mit einer geringeren Messungenauigkeit behaftet ist. Zu diesem Zweck kann ausgenutzt werden, dass die Bearbeitungsmaschine 1 Aktoren aufweist, welche eine Bewegung von Komponenten der Bearbeitungsmaschine 1 mit einer sehr hohen Genauigkeit ermöglichen.

Bei dem in Fig. 5b gezeigten Beispiel wird an Stelle des Abstandes AAB eine

Verfahrstrecke D der höhenverstellbaren Bauplattform 2 für die Triangulation verwendet. Die Verfahrstrecke D wird zurückgelegt, wenn die Bauplattform 2 für die Bestimmung des Abstandes h mittels eines nicht näher bezeichneten Aktors zwischen einer ersten Höhenposition Hi und einer zweiten Höhenposition H2 verschoben wird. Der Abstand h in Z-Richtung kann anhand eines Winkels a, unter dem der Laserstrahl 6 an der ersten Höhenposition Hi auf den ersten Retroreflektor 19a ausgerichtet ist, sowie anhand eines Winkels a‘, unter dem der Laserstrahl 6 an der zweiten Höhenposition H2 auf den ersten Retroreflektor 19a ausgerichtet ist, sowie anhand der Verfahrstrecke D gemäß folgender Formel bestimmt werden: h = tan (ct‘) / (tan (Q‘)- tan (a)) D (2a) Entsprechend kann der Abstand h in Z-Richtung zwischen dem Drehpunkt D1 und dem zweiten Retroreflektor 19b anhand der Verfahrstrecke D und den beiden

Winkeln ß, ß‘, unter denen der Laserstrahl 6 an den beiden Höhenpositionen Hi, H2 ausgerichtet werden muss, um den zweiten Retroreflektor 19b zu treffen, gemäß folgender Formel bestimmt werden: h = tan (ß‘) / (tan (ß‘) - tan (b)) D (2b)

Der Abstand h zu dem Drehpunkt D1 wird in beiden Fällen von der ersten

Höhenposition Hi aus bestimmt bzw. gemessen. Es versteht sich aber, dass der Abstand h analog auch ausgehend von der zweiten Höhenposition H2 aus bestimmt werden kann. Die Verfahrstrecke D der Bauplattform 2 kann typischerweise mit höherer Präzision bestimmt werden als der Abstand AAB zwischen den beiden Retroreflektoren 19a, 19b, so dass der Abstand h in Z-Richtung auf die in

Zusammenhang mit Fig. 5b beschriebene Weise mit höherer Genauigkeit bestimmt werden kann als in Fig. 5a.

Eine weitere Möglichkeit zur genauen Bestimmung des Abstandes h zwischen den Retroreflektoren 19a, 19b und der Scannereinrichtung 11 kann bei der in Fig, 1b dargestellten Bearbeitungsmaschine 1 durchgeführt werden: Die in Fig. 1 b

dargestellte Bearbeitungsmaschine 1 unterscheidet sich von der in Fig. 1a gezeigten Bearbeitungsmaschine 1 im Wesentlichen dadurch, dass diese eine weitere

Bestrahlungseinrichtung 4a aufweist, die identisch zu der in Fig. 1 gezeigten

Bestrahlungseinrichtung 4 aufgebaut ist, d.h. diese umfasst eine weitere

Scannereinrichtung 11a zur Positionierung eines weiteren Laserstrahls 6a in einem weiteren Bearbeitungsfeld 13a, welches sich teilweise mit dem Bearbeitungsfeld 13 der Scannereinrichtung 1 1 überlappt. Die übrigen Komponenten der weiteren

Bestrahlungseinrichtung 4a sind ebenfalls baugleich zu den Komponenten der Bestrahlungseinrichtung 4 und wurden entsprechend mit Bezugszeichen 6a bis 11 a, 21a bis 24a bezeichnet. Beide Bestrahlungseinrichtungen 4, 4a werden zur

Herstellung desselben dreidimensionalen Bauteils verwendet, welches analog zu Fig. 1a durch das lokale Aufschmelzen von in Fig. 1 b nicht gezeigten Pulverschichten erzeugt wird, die auf die Bauplattform 2 bzw. auf die Preform 3 aufgebracht werden. Mit Hilfe der weiteren Scannereinrichtung 11a kann der Abstand h in Z-Richlung bestimmt werden » indem zusätzlich zu dem jeweiligen Winkel a, ß » bei dem der

Laserstrahl 6, der von dem ersten Drehpunkt D1 ausgeht, auf den ersten bzw.

zweiten Retroreflektor 19a, 19b ausgerichtet ist, auch ein jeweiliger Winkel g, d für die Triangulation verwendet wird, bei dem der weitere Laserstrahl 6a der weiteren Scannereinrichtung 11a, der von einem weiteren Drehpunkt D2 der weiteren

Scannereinrichtung 11a ausgeht, auf den ersten bzw. den zweiten Retroreflektor 19a, 19b ausgerichtet ist. Bei dem in Fig. 5c dargestellten Beispiel ergibt sich der Abstand h aus dem Winkel a, unter dem der Laserstrahl 6 zur Z-Richtung ausgerichtet ist, wenn er auf den ersten Retroreflektor 19a trifft, sowie aus dem Winkel g, unter dem der weitere Laserstrahl 6a zur Z-Richtung ausgerichtet ist, wenn er auf den ersten Retroreflektor 19a trifft, sowie aus der Distanz ADID2 zwischen den beiden Drehpunkten D1 , D2 gemäß folgender Formel: h = ADID2 / (tan (g) - tan (a)) (3a)

Entsprechend ergibt sich der Abstand h aus dem Winkel ß » unter dem der Laserstrahl 6 zur Z-Richtung ausgerichtet ist, wenn er auf den zweiten Retroreflektor 19b trifft, sowie aus dem Winkel d, unter dem der weitere Laserstrahl 6a zur Z-Richtung ausgerichtet ist, wenn er auf den zweiten Retroreflektor 19b trifft, sowie aus der Distanz ADID2 zwischen den beiden Drehpunkten D1 , D2 gemäß folgender Formel: h = ADID2 / (tan (ß) - tan (d)) (3b)

Die Distanz ADID2 in horizontaler Richtung zwischen den beiden Drehpunkten D1 , D2 der Scannereinrichtung 11 und der weiteren Scannereinrichtung 11a wird vorab durch eine Kalibrierung der beiden Scannereinrichtungen 11 , 11a relativ zueinander mit hoher Genauigkeit bestimmt, d.h. die Messungenauigkeit bei der Bestimmung der Distanz ADID2 ist geringer als bei der Bestimmung des Abstands AAB zwischen den beiden Retroreflektoren 19a, 19b.

Für die Erhöhung der Genauigkeit bei der Bestimmung des Abstands h zwischen den Retroreflektoren 19a, 19b und der Scannereinrichtung 11 bzw. dem Drehpunkt D1 können die beiden in Zusammenhang mit Fig. 5b und Fig. 5c beschriebenen

Verfahren kombiniert werden: Beispielsweise kann der Abstand h als (ggf.

gewichteter) Mittelwert aus den beiden gemäß der obigen Formeln (2a) und (3a) bzw. (2b) und (3b) bestimmten Abständen h ermittelt werden. Sowohl bei dem in Zusammenhang mit Fig. 5b als auch bei dem in Zusammenhang mit Fig. 5c beschriebenen Vorgehen kann die Genauigkeit bei der Bestimmung des Abstandes h zusätzlich erhöht werden, indem mehr als zwei Winkel-Messungen durchgeführt werden:

Beispielsweise kann bei dem in Zusammenhang mit Fig. 5b beschriebenen

Vorgehen die Bauplattform 2 in Z-Richtung an drei oder mehr unterschiedliche Höhenpositionen Hi, H2, ... verschoben werden, wobei anhand einer jeweiligen Verfahrstrecke D zwischen jeweils zwei der Höhenpositionen und den

entsprechenden Winkeln der Abstand h in Z-Richtung mehrmals vermessen und ein (ggf. gewichteter) Mittelwert gebildet werden kann. Entsprechend kann bei dem in Zusammenhang mit Fig. 5c beschriebenen Vorgehen bei der Bestimmung des Abstandes h unter Zuhilfenahme von weiteren (dritten, vierten, ...)

Scannereinrichtungen der Bearbeitungsmaschine 1 die Genauigkeit weiter erhöht werden. In diesem Fall kann ein- und derselbe Retroreflektor 19a-c beispielsweise aus mehr als zwei (Blick-)Winkeln beobachtet werden und für jeweils zwei der (Blick- )Winkel der Abstand h bestimmt werden. Auch in diesem Fall kann durch eine (ggf. gewichtete) Mittelung der jeweils für den Abstand h bestimmten Werte die Mess- bzw. Detektionsgenauigkeit weiter erhöht werden.

Es versteht sich, dass das weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 5a-c beschriebene Vorgehen zwar anhand von Retroreflektoren 19a-c beschrieben wurde, aber grundsätzlich auch mit anderen Arten von Markierungen durchgeführt werden kann. Auch die Verallgemeinerung des in Fig. 5a-c beschriebenen zweidimensionalen Falls auf den dreidimensionalen Fall ist offensichtlich und verändert die grundsätzliche Vorgehensweise nicht.




 
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